EP0309734A1 - Verfahren zum Zünden eines Geschosses G in der Nähe eines Zieles Z - Google Patents

Verfahren zum Zünden eines Geschosses G in der Nähe eines Zieles Z Download PDF

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EP0309734A1
EP0309734A1 EP88113771A EP88113771A EP0309734A1 EP 0309734 A1 EP0309734 A1 EP 0309734A1 EP 88113771 A EP88113771 A EP 88113771A EP 88113771 A EP88113771 A EP 88113771A EP 0309734 A1 EP0309734 A1 EP 0309734A1
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EP
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projectile
target
speed
encounter
trajectory
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EP88113771A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Münzel
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Rheinmetall Air Defence AG
Original Assignee
Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C13/00—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation
    • F42C13/04—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation operated by radio waves

Definitions

  • the invention relates to a device for firing a projectile G in the vicinity of a target Z, with a device DS located in the projectile G for determining the encounter speed VB of the projectile G and the target Z.
  • the ignition angle ZW (FIG. 1) of the sensor of a proximity fuse is set as a function of the speed of encounter between the projectile and the target, taking into account the main direction of action of the projectile fragments.
  • This known device has the disadvantage that in addition to the mentioned device for determining the speed of encounter, a sensor for firing at the desired firing angle must be installed in the projectile.
  • the object to be achieved with the present invention is to provide a device which is capable of firing the projectile precisely at the desired firing angle, the speed of encounter being precise, i.e. taking into account all factors and the "storage D" between floor and target does not have to be taken into account.
  • the purpose of this measure is to make the igniter insensitive to electromagnetic interference sources.
  • the igniter now measures the occurring Doppler frequencies fD1 and compares the ratio with the value previously determined by the fire control radar the ignition takes place.
  • the ignition angle ZW must be independent of D.
  • a projectile G moves on a trajectory A and a target Z moves on a trajectory B, wherein according to FIG. 1 the trajectories A and B are parallel to one another, according to FIG. 3 in point E. cut and are skewed towards each other according to Fig. 4.
  • the distance D between the two trajectories A and B is constant and is referred to as deposit D.
  • Projectile G misses target Z by this storage D.
  • projectile G would have to fly on trajectory A 'in order to collide with target Z.
  • the trajectory of the trajectory A is therefore also D.
  • the trajectory D corresponds to the shortest distance between the trajectories A and B of the projectile G, respectively. of the target Z. If the two trajectories A and B lay two planes parallel to each other, they are at a distance D from each other.
  • This angle ZW is formed by the trajectory A and the straight line GZ between floor G and target Z.
  • this ignition angle ZW is dependent on the target speed VZ, on the projectile speed VG and on the mean radial splinter speed VR
  • This ignition angle ZW is therefore independent of the storage D of the projectile G relative to the target Z.
  • the encounter speed VB 1 between floor G and target Z is:
  • the ignition angle ZW results from Fig. 2:
  • the encounter speed is VB 2 :
  • VB 2 VG cos ZW + VZ cos (FW + ZW) (equation 2).
  • the ignition angle ZW can be determined: this results in the encounter speed VB 2 :
  • the encounter speed is VB 3 :
  • VB 3 VZ cos AW + VG cos ZW (equation 3).
  • the ignition angle ZW can be determined: Furthermore, the angle AW between the target trajectory B and the straight line ZG between storey G and target Z can be determined:
  • a Doppler sensor DS on the floor G, which emits a radar signal with the frequency f0 and receives a signal reflected by the target Z with the frequency f0 + fD.
  • This Doppler sensor DS has a transmit / receive antenna SE which is connected to a mixer M.
  • An oscillator OZ and a low-pass filter TP are connected to this mixer M on the one hand.
  • the oscillator OZ is connected to a counter 2 via a divider T and the low-pass filter TP is also connected to the counter 2 via an amplifier V and a comparator K.
  • a digital comparator 3 is present, to which on the one hand the counter 2 and on the other hand a memory 1 are connected. This digital comparator 3 emits an ignition signal ZS as soon as the quotient 2VB exceeds a given, previously measured value fD1.
  • the ignition angle ZW and thus also the value cosZW changes. sinZW, as soon as the distance between target Z and floor G is not much greater than the distance D between trajectories A and D. From the above equations, in particular equations 1, 2 and 3, it can be seen that the firing angle ZW of the Encounter speed VB is dependent. The comparison of the encounter speeds with the aid of the comparator 3 thus enables the ignition at a given ignition angle ZW.
  • the Doppler sensor DS of the flying projectile G As soon as the Doppler sensor DS of the flying projectile G is switched on, it emits a beam of frequency f0. The beam reflected from the target has the frequency f0 + fD. This value reaches the counter 2 via the low-pass filter TP, the amplifier V and the comparator K. From the counter 2 forwarded to the digital comparator 3. At the same time, the value 2VB g K stored in the memory 1 is also passed to the digital comparator 3. The two values are compared in comparator 3. As soon as the two values are the same, an ignition signal ZS is generated and the projectile G is fired.
  • projectile G and target Z fly towards each other on parallel trajectories A and B, these two trajectories A and B being at a distance D from one another.
  • this angle ZW reaches the desired value, i.e. the projectile should be fired.

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  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Abstract

Wenn ein Geschoss G in der Nähe eines Zieles Z gezündet wird, dann fliegen die Splitter S des Geschosses G in einer bestimmten Richtung gegen das Ziel Z. Damit möglichst viele Splitter S gegen das Ziel Z fliegen, muss das Geschoss G bei einem geeigneten Winkel, dem sogenannten Zündwinkel ZW zur Detonation gebracht werden. Dieser Zündwinkel ZW ist von der Begegnungsgeschwindigkeit VB von Geschoss G und Ziel Z abhängig. Erfindungsgemäss wird diese Begegnungsgeschwindigkeit VBg und der Quotient ???? durch ein Feuerleitgerät berech net und in einem Gerät DS zur Bestimmung der Begegnungsgeschwindigkeit VB gespeichert. Mit diesem, im Geschoss (G) befindlichen Gerät DS, wird die Begegnungsgeschwindigkeit VB bestimmt, der Quotient ??? gerechnet und mit dem gespeicherten Wert ???? verglichen. Die Zündung erfolgt, sobald der Quotient aus Lichtgeschwindigkeit c und Näherungsgeschwindigkeit VB den gespeicherten Wert ???? erreicht und überschreitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden eines Geschosses G in der Nähe eines Zieles Z, mit einem im Geschoss G befindlichen Gerät DS zur Bestimmung der Begegnungsgeschwindigkeit VB von Geschoss G und Ziel Z.
  • Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (siehe DE-A-25 27 368) wird der Zündwinkel ZW (Fig.1) des Sensors eines Annäherungszünders in Abhängigkeit der Begegnungsgeschwindigkeit zwischen Geschoss und Ziel eingestellt, wobei die Hauptwirkungsrichtung der Splitter des Geschosses berücksichtigt wird.
  • Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, dass ausser dem erwähnten Gerät zur Bestimmung der Begegnungsgeschwindigkeit noch ein Sensor zum Zünden unter dem gewünschten Zündwinkel im Geschoss eingebaut sein muss.
  • Solche Sensoren für Annäherungszünder, die bei dem gewünschten Zündwinkel ansprechen, sind bekannt (siehe US-A 3,046,892 und US-A 3,242,339).
  • Diese bekannten Sensoren haben jedoch den Nachteil, dass sie von der Begegnungsgeschwindigkeit von Geschoss und Ziel unabhängig sind. Der Zündwinkel ZW wird meist fix eingestellt. Dies führt dazu, dass die Splitter am Ziel vorbeifliegen.
  • Die Aufgabe, welche mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, besteht in der Schaffung einer Vorrichtung, welche in der Lage ist, das Geschoss genau bei dem gewünschten Zündwinkel zu zünden, wobei die Begegnungsgeschwindigkeit genau, d.h. unter Beachtung aller Faktoren berücksichtigt wird und die "Ablage D" zwischen Geschoss und Ziel nicht berücksichtigt werden muss.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mit einem ortsfesten Feuerleitgerät die Begegnungsgeschwindigkeit VBg von Geschoss und Zie! nach der Flugzeit T der Granate so bestimmt wird, dass die Splitter das Ziel treffen. Der Wert
    Figure imgb0001
    • wird während dem Abschuss der Granate G neben der Flugzeit T in den Zünder digital eingelesen und gespeichert.
    • c - Lichtgeschwindigkeit,
    • VBg - Begegnungsgeschwindigkeit, bei der die Splitter das Ziel treffen,
    • f0-Sendefrequenz des Zünders,
    • fD-Doppler-Frequenz.
    • Nach T - t Sekunden wird der Annäherungssensor eingeschaltet.
    • T-Flugzeit der Granate bis zur Zielkollision,
    • t-Vorhaltezeit.
  • Diese Massnahme hat den Zweck, den Zünder gegenüber elektromagnetischen Störquellen unempfindlich zu machen.
  • Der Zünder misst nun die auftretenden Doppler-Frequenzen fD1 und vergleicht das Verhältnis
    Figure imgb0002
    mit dem vorgängig vom Feuerleitradar bestimmten Wert
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
    erfolgt die Zündung.
  • Da die Zielablage D vom Feuerleitrechner nur geschätzt werden kann, muss der Zündwinkel ZW unabhängig von D sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Zünden eines Geschosses ist im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Es zeigt:
    • Fig.1 eine schematische Darstellung von Geschoss und Ziel im Zeitpunkt der Zündung, unter der Annahme, dass die Flugbahnen von Geschoss und Ziel parallel zueinander sind.
    • Fig.2 ein Vektordiagramm mit den Geschwindigkeiten von Geschoss, Ziel und Splittern.
    • Fig.3 dasselbe wie Fig.1, unter der Annahme, dass die Flugbahnen von Geschoss und Ziel schräg zueinander sind, sich aber in einer Ebene befinden.
    • Fig.4 dasselbe wie Fig.1, unter der Annahme, dass die Flugbahnen von Geschoss und Ziel windschief zueinander sind.
    • Fig.5 ein Blockschaltbild der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Zünden des Geschosses.
  • Gemäss Fig.1, 3 und 4 bewegt sich ein Geschoss G auf einer Flugbahn A und ein Ziel Z bewegt sich auf einer Flugbahn B, wobei gemäss Fig.1 die Flugbahnen A und B parallel zueinander sind, gemäss Fig.3 sich im Punkte E schneiden und gemäss Fig.4 windschief zueinander sind. Gemäss Fig.1 ist der Abstand D der beiden Flugbahnen A und B konstant und wird als Ablage D bezeichnet.
  • Um diese Ablage D verfehlt das Geschoss G das Ziel Z. Gemäss Fig.3 müsste das Geschoss G auf der Flugbahn A' fliegen, um mit dem Ziel Z zu kollidieren. Die Ablage der Flugbahn A beträgt somit ebenfalls D. Gemäss Fig.4 entspricht die Ablage D dem kürzesten Abstand zwischen den Flugbahnen A und B des Geschosses G, bezw. des Zieles Z. Werden durch die beiden Flugbahnen A und B zwei zueinander parallel gedachte Ebenen gelegt, so haben diese den Abstand D voneinander.
  • Beim Zünden des Geschosses G fliegen die Splitter S mit einer Geschwindigkeit VS in Richtung des Splitterabgangwinkels SW gegen das Ziel Z. Dieser Winkel SW ist von der Geschwindigkeit VG des Geschosses G und von der mittleren radialen Geschwindigkeit VR der Splitter S abhängig. Gemäss Fig.1 ist
    Figure imgb0005
  • Damit die Splitter S des Geschosses G das Ziel Z erreichen, muss das Geschoss G beim Zündwinkel ZW gezündet werden. Dieser Winkel ZW wird durch die Flugbahn A und die Gerade GZ zwischen Geschoss G und Ziel Z gebildet.
  • Gemäss Fig.2 ist dieser Zündwinkel ZW von der Zielgeschwindigkeit VZ, von der Geschossgeschwindigkeit VG und von der mittleren radialen Splittergeschwindigkeit VR abhängig und zwar ist
    Figure imgb0006
  • Somit ist dieser Zündwinkel ZW von der Ablage D des Geschosses G gegenüber dem Ziel Z unabhängig.
  • Gemäss Fig.1 beträgt die Begegnungsgeschwindigkeit VB1 zwischen Geschoss G und Ziel Z :
    Figure imgb0007
    Andererseits ergibt sich der Zündwinkel ZW aus Fig.2:
    Figure imgb0008
    Daraus ergibt sich die Begegnungsgeschwindigkeit VB, :
    Figure imgb0009
    Gemäss Fig.3 beträgt die Begegnungsgeschwindigkeit VB2: VB2 = VG cos ZW + VZ cos (FW + ZW) (Gleichung 2). Gemäss Fig.3 lässt sich der Zündwinkel ZW bestimmen :
    Figure imgb0010
    daraus ergibt sich die Begegnungsgeschwindigkeit VB2:
    Figure imgb0011
    Gemäss Fig.4 beträgt die Begegnungsgeschwindigkeit VB3: VB3 = VZ cos AW + VG cos ZW (Gleichung 3).
  • Gemäss Fig.4 lässt sich der Zündwinkel ZW bestimmen:
    Figure imgb0012
    Ferner lässt sich der Winkel AW zwischen der Zielflugbahn B und der Geraden ZG zwischen Geschoss G und Ziel Z bestimmen :
    Figure imgb0013
  • Gemäss Fig.5 befindet sich im Geschoss G ein Doppler-Sensor DS, der ein Radarsignal mit der Frequenz f0 ausstrahlt und ein vom Ziel Z reflektiertes Signal mit der Frequenz f0 + fD empfängt. Dieser Doppler-Sensor DS besitzt eine Sende - Empfangs - Antenne SE, die mit einem Mischer M verbunden ist. An diesem Mischer M ist einerseits ein Oszillator OZ und andererseits ein Tiefpass TP angeschlossen. Der Oszillator OZ ist über einen Teiler T an einem Zähler 2 angeschlossen und der Tiefpass TP ist über einen Verstärker V und einen Komparator K ebenfalls an den Zähler 2 angeschlossen. Ferner ist ein digitaler Komparator 3 vorhanden, an den einerseits der Zähler 2 und andererseits ein Speicher 1 angeschlossen sind. Dieser digitale Komparator 3 gibt ein Zündsignal ZS ab, sobald der Quotient 2VB einen gegebenen, zuvor gemessenen Wert fD1 überschreitet. Mit diesem Dopplersensor wird nun die Begegnungsgeschwindigkeit
  • Figure imgb0014
    gemessen, und der Quotient
    Figure imgb0015
    gerechnet.
  • Andererseits wird von einem Feuerleitgerät die Begegnungsgeschwindigkeit VBg und der Zündwinkel ZW so bestimmt, dass unter Berücksichtigung:
    • a) der Zielgeschwindigkeit VZ nach T Sekunden,
    • b) der radialen Splittergeschwindigkeit VR,
    • c) der Geschossgeschwindigkeit VG nach T Sekunden,
    • d) dem Winkel FW (zwischen Flugbahnen A + B),
    • die Splitter der Granate das Ziel treffen. Hierzu wird das Verhältnis
      Figure imgb0016
      berechnet und
    • während dem Abschuss der Granate in den Zünder übertragen.
  • Gemäss Fig.1, 3 und 4 ändert sich der Zündwinkel ZW und somit auch der Wert cosZW bezw. sinZW, sobald der Abstand zwischen Ziel Z und Geschoss G nicht viel grösser ist, als die Ablage D zwischen den Flugbahnen A und D. Aus den obigen Gleichungen, insbesondere den Gleichungen 1, 2 und 3, ist ersichtlich, dass der Zündwinkel ZW von der Begegnungsgeschwindigkeit VB abhängig ist. Somit ermöglicht der Vergleich der Begegnungsgeschwindigkeiten mit Hilfe des Komparators 3 die Zündung bei einem gegebenen Zündwinkel ZW.
  • Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:
    • Beim Abschuss eines Geschosses G wird einerseits die Abschussgeschwindigkeit VGO des Geschosses G und andererseits die Geschwindigkeit VZ des Zieles mit Hilfe eines Feuerleitgerätes bekannter Bauart bestimmt. Aus diesen beiden Werten lässt sich die Begegnungsgeschwindigkeit VBg von Geschoss G und Ziel Z berechnen. Dieser berechnete Wert wird im Speicher 1 gespeichert, zum Beispiel in der Form
      Figure imgb0017
      wobei f0 die Oszillatorfrequenz darstellt, K einen Teilungsfaktor bedeutet und fD1 die Frequenz ist, des vom Ziel Z reflektierten Signales relativ zum Geschoss G.
  • Sobald der Dopplersensor DS des fliegenden Geschosses G eingeschaltet wird, sendet er einen Strahl von der Frequenz f0 aus. Der vom Ziel reflektierte Strahl hat die Frequenz f0 + fD. Dieser Wert gelangt -über den Tiefpass TP, den Verstärker V und den Komparator K zum Zähler 2. Vom Zähler 2
    Figure imgb0018
    an den digitalen Komparator 3 weitergeleitet. Gleichzeitig wird der im Speicher 1 gespeicherte Wert 2VBgK ebenfalls an den digitalen Komparator 3 geleitet. Im Komparator 3 werden die beiden Werte verglichen. Sobald die beiden Werte gleich sind, wird ein Zündsignal ZS erzeugt und das Geschoss G gezündet.
  • Gemäss Fig.1 fliegen Geschoss G und Ziel Z auf parallelen Flugbahnen A und B aufeinander zu, wobei sich diese beiden Flugbahnen A und B im Abstand D voneinander befinden. Je mehr sich Geschoss G und Ziel Z einander annähern, um so grösser wird der Winkel ZW zwischen Geschossbahn A und der Geraden GZ zwischen Geschoss G und Ziel Z. Sobald dieser Winkel ZW den gewünschten Wert, d.h. den Zündwinkel ZW erreicht hat, soll das Geschoss gezündet werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Zünden eines Geschosses (G) in der Nähe eines Zieles (Z), mit einem im Geschoss befindlichen Gerät (DS) zur Bestimmung der Begegnungsgeschwindigkeit (VZ + VG) von Geschoss (G) und Ziel (Z), dadurch gekennzeichnet, dass mit einem ortsfesten Feuerleitgerät die Begegnungsgeschwindigkeit (VBg) von Geschoss (G) und Ziel (Z) beim Abschuss so bestimmt, dass die Splitter das Ziel treffen, und im genannten Gerät (DS) der Quotient
Figure imgb0019
gespeichert wird, dass mit dem im Geschoss (G) befindlichen Gerät (DS) die Begegnungsgeschwindigkeit (VB) bestimmt, der Quotient
Figure imgb0020
 berechnet und mit dem gespeicherten Wert
Figure imgb0021
 verglichen wird, und dass die Zündung erfolgt, sobald die Begegnungsgeschwindigkeit (VB) den gespeicherten Wert (VBg) erreicht und übersteigt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschoss (G) bei einem vorgegebenen Zündwinkel (ZW) gezündet wird, gemäss der Gleichung:
Figure imgb0022
falls die Flugbahn (A) des Geschosses (G) parallel zur Flugbahn (B) des Zieles ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschoss (G) bei einem vorgegebenen Zündwinkel (ZW) gezündet wird, gemäss der Gleichung :
Figure imgb0023
Hier ist:
VR die mittlere Radialgeschwindigkeit der Splitter S,
VZ die Zielgeschwindigkeit,
VG die Geschossgeschwindigkeit.
FW der Winkel zwischen den Flugbahnen A und B von Geschoss (G) und Ziel (Z),
falls die Flugbahn (A) des Geschosses (G) schräg zur Flugbahn (B) des Zieles (Z) gerichtet ist und sich mit dieser in einer Ebene befindet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschoss (G)bei einem vorgegebenen Zündwinkel (ZW) gezündet wird, gemäss der Gleichung :
Figure imgb0024
falls die Flugbahn (A) des Geschosses (G) windschief zur Flugbahn (B) des Zieles (Z) gerichtet ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das sich im Geschoss (G) befindliche Gerät (DS) ein Doppler-Sensor ist, der folgende Elemente enthält : - einen Speicher (1), in dem der Quotient aus der Lichtgeschwindigkeit (C) und der doppelten Begegnungsgeschwindigkeit
Figure imgb0025
gespeichert ist,
- einen Zähler (2), der das Verhältnis
Figure imgb0026
 laufend bestimmt, und
- einen Komparator (3), der das berechnete Verhältnis
Figure imgb0027
 mit dem laufend bestimmten Verhältnis
Figure imgb0028
vergleicht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dopplersensor erst nach T-t Sekunden eingeschaltet wird (kurz vor dem Ziel); dadurch wird das Geschoss schlecht störbar.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht erreichtem Zündwinkel ZW das Geschoss sich nach T Sekunden zerlegt (in unmittelbarer Zielnähe).
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient
Figure imgb0029
 gemessen und verglichen wird, hiemit detonieren alle Zünder an derselben Stelle, unabhängig von der Streuung der Sendefrequenz f0.
EP88113771A 1987-09-29 1988-08-24 Verfahren zum Zünden eines Geschosses G in der Nähe eines Zieles Z Withdrawn EP0309734A1 (de)

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CH3782/87 1987-09-29

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