EP1267141A2 - Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen des Auslösens einer Bremseinrichtung für die zielbezogene Korrektur der ballistischen Flugbahn eines Projektils - Google Patents
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- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
- F42B10/32—Range-reducing or range-increasing arrangements; Fall-retarding means
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- F41G7/30—Command link guidance systems
- F41G7/301—Details
- F41G7/305—Details for spin-stabilized missiles
Definitions
- the invention relates to methods and devices according to the preambles of Main claims.
- the present invention is technical The problem is to further develop the generic measures in such a way that satellite navigation on board the projectile, namely for determination the brake release point in relation to the currently flown trajectory to the actually announced goal, decisive through additional measures supported and possibly even replaced.
- Brake triggering is therefore preferred in the context of the present invention when a predetermined point is reached on the previously ballistic movement path supported or even replaced by a counting device which the stabilizing twist of the projectile describing the angle of rotation or speed curve over flight time on the ballistic path as a trigger criterion.
- the outgoing speed is one Artillery projectile quantitative when leaving the gun barrel due to the system is known, and the decrease caused by the dynamic pressure on the ballistic path this initial speed over the flight time or over the distance from Launch site at least qualitatively. That is why the current yaw rate and thus also the currently accumulated number of revolutions since leaving the Gun barrel a measure of the current location of the projectile on its calculated ballistic trajectory.
- All that is needed on board the projectile is in addition to the function of the satellite navigation device for continuous position determination along the ballistic trajectory - or even entirely with the replacement of a satellite navigation device - via a rotation rate sensor or a revolution counter to be determined that by the decreased rate of rotation or by the accumulated number of revolutions predetermined brake release point on the current
- the ballistic flown path has been reached in order to achieve more precise target acquisition now release braking in a shortened, steeply descending trajectory.
- the trajectory itself is no longer required (online) To be determined on board the projectile. Rather, as before, (offline) the cheapest braking trigger point is determined from a flight path simulation and now additionally (also offline in advance) the remaining twist (e.g. the sinking from initially 300 Hz to 180 Hz) or the accumulated number of revolutions Leave the gun barrel (e.g. 20,000 revolutions) for this point on the initial ballistic trajectory that still points beyond the target. The projectile then only needs a braking trigger criterion The only numerical value for the remaining rotation rate or for the total revolutions to be specified, e.g. can be easily implemented in the course of the charging process is.
- the remaining twist e.g. the sinking from initially 300 Hz to 180 Hz
- the accumulated number of revolutions Leave the gun barrel e.g. 20,000 revolutions
- the rotation due to the projectile swirl to determine the rotation rate or Accumulated number of revolutions can hardly be done on board the projectile complex and functionally very reliable, for example by means of a gravitational field responsive mechanical pendulum or by means of a Determine earth magnetic field responsive inductive sensor, because such systems exactly one digital signal to be evaluated per revolution of the projectile deliver.
- the signal frequency is the rotation rate or the signal sum is the number of revolutions, their reaching a predetermined value over the flight time like described as a criterion for triggering the braking device.
- the satellite navigation device which is very expensive in terms of equipment and energy on board a spin stabilized projectile, to determine a brake release point for target-related correction of its initially, the ballistic trajectory, which points beyond the target So according to the invention based on or even replaced by on board the projectile Information that can be obtained from movement, in particular from the projectile swirl.
- the braking trigger point is preferably predetermined by the fact that the projectile taking into account the twist when leaving the launch tube predetermined number of revolutions has accumulated, what on board the Projectile simply by responding to a gravity pendulum, an earth magnetic field sensor or possibly also a position gyro per projectile rotation is detectable about its longitudinal or roll axis.
- this rotation information namely the roll rate of the projectile, like the trajectory from Back pressure and thus also of atmospheric environmental influences in particular how air density is affected is by specifying rotation information at the same time a corresponding independence of the brake trigger point from achieved such interferences.
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Abstract
Die apparativ und energetisch sehr aufwendige Satelliten-Navigationseinrichtung an Bord eines drallstabilisiert verschossenen Projektils, zur Bestimmung eines Bremsauslösepunktes für zielbezogene Korrektur seiner zunächst noch über das Ziel hinaus weisenden ballistischen Flugbahn, wird erfindungsgemäß gestützt auf oder sogar ersetzt durch an Bord des Projektils bewegungsabhängig, wie insbesondere aus dem Projektil-Drall, gewinnbare Informationen. Vorzugsweise wird der Bremsauslösepunkt dadurch vorgegeben, daß das Projektil eine unter Berücksichtigung des Dralls bei Verlassen des Abschußrohres vorgegebene Anzahl an Umdrehungen akkumuliert hat, was an Bord des Projektils einfach mittels des Ansprechens eines Schwerkraftpendels oder eines Erdmagnetfeld-Sensors detektierbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen gemäß den Oberbegriffen der
Hauptansprüche.
Derartige Maßnahmen sind aus der WO 98/01719 bekannt. Sie beruhen darauf,
mittels einer Satelliten-Navigationseinrichtung an Bord des ballistisch verbrachten
Projektils die aktuell geflogene, über das Ziel hinaus reichende Bahnkurve zu bestimmen
und aus deren Vergleich mit einer zieloptimiert vorgegebenen Bahnkurve
bei Erreichen eines vorgegebenen Bahnpunktes aerodynamische Bremseinrichtungen
freizugeben, damit die dann tatsächlich geflogene Bahn möglichst
zielgenau verkürzt wird.
Für die praktische Realisierung solcher Maßnahmen problematisch ist es jedoch,
daß der für die laufende Positionsbestimmung an Bord des Projektils vorzusehenden
Satelliten-Empfänger wegen der harten Anforderungen an seine Abschußfestigkeit
sehr kostspielig ist. Außerdem steht an Bord eines Artillerieprojektils in
der Regel die Leistung nicht ohne weiteres zur Verfügung, die für den Betrieb
einer Satelliten-Navigationseinrichtung zur wenigstens quasikontinuierlichen
Vermessung der aktuellen Flugbahn erforderlich ist. Das gilt selbst dann noch,
wenn der an Bord des Projektils erforderliche Rechenaufwand dadurch eingeschränkt
wird, daß der Navigationseinrichtung beim Abschuß möglichst viele Informationen
über den Beginn der Bahnkurve und über die momentane Satellitenkonstellation
extern, etwa aus einer entsprechend erweiterten Feuerleitanlage,
vorgegeben werden; wobei aber die praktische Schwierigkeit besteht, daß diese
aktuellen Datenmengen während des kurzen Ladevorganges gar nicht ohne weiteres
im wünschenswerten Umfang übermittelt werden können. Außerdem wirkt
sich negativ aus, daß die Satellitennavigation während der kurzen Flugzeit des
Projektils relativ instabil ist, nämlich anfällig gegen Abreißen des Sichtkontaktes
zu den Satelliten etwa infolge des Stabilisierungsdralls des Geschosses, infolge
atmosphärischer Störungen und bei flacher Flugbahn auch infolge umweltbedingt
vorübergehender Abschattungserscheinungen.
In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische
Problemstellung zugrunde, die gattungsgemäßen Maßnahmen dahingehend weiterzubilden,
daß die Satellitennavigation an Bord des Projektils, nämlich zur Bestimmung
des Bremsauslösepunktes auf der aktuell geflogenen Flugbahn in Bezug
auf das tatsächlich avisierte Ziel, durch ergänzende Maßnahmen entscheidend
gestützt und unter Umständen sogar ersetzt werden kann.
Als solche ergänzenden Maßnahmen können gemäß den Merkmalskombinationen
der Hauptansprüche erfindungsgemäß Navigationsinformationen in Betracht gezogen
werden, die aus einem Inertialsystem abgeleitet und in die Auswertung der
Satellitennavigation eingespielt werden. Allerdings sind die dafür erforderlichen
Sensorplattformen noch teuerer, als eine abschußfeste Satelliten-Navigationseinrichtung,
weshalb diese Stützungsmaßnahme zum Härten der Satelittennavigation
nur ernsthaft in Betracht kommt, wenn das Inertialsystem ohnehin an Bord
des Projektils betriebenen wird.
Bevorzugt wird deshalb im Rahmen vorliegender Erfindung die Bremsauslösung
bei Erreichen eines vorgegebenen Punktes auf der bis dahin ballistischen Verbringungsbahn
mittels einer Zähleinrichtung gestützt oder sogar ersetzt, welche den,
den Stabilisierungsdrall des Projektils beschreibenden, Drehwinkel- oder Drehzahlverlauf
über der Flugzeit auf der ballistischen Bahn als Auslösekriterium enthält.
Für diese Lösung ist davon ausgegangen, daß die Abgangsdrehzahl eines
Artillerieprojektils beim Verlassen des Waffenrohres systembedingt quantitativ
bekannt ist, und die durch den Staudruck auf der ballistischen Bahn bedingte Abnahme
dieser Anfangsdrehzahl über der Flugzeit bzw. über der Entfernung vom
Abschußort wenigstens qualitativ. Deshalb ist die momentane Drehrate und damit
auch die momentan akkumulierte Anzahl an Umdrehungen seit Verlassen des
Waffenrohres ein Maß für die momentane Lokalisierung des Projektils auf seiner
berechneten ballistischen Flugbahn. Da andererseits (wie in unserer älteren Anmeldung
199 57 363.8 vom 29.11.1999 näher dargestellt) aus der Überhöhung der
Bahnkurve und der ballistischen Bremswirkung am Projektil der Punkt längs der
Flugbahn vorbestimmt ist, in dem die Bremseinrichtung für eine Flugbahnverkürzung
ins tatsächlich avisierte Ziel freigegeben werden muß, läßt sich erfindungsgemäß
dieser Bahnpunkt für die bekannten Abgangsbedingungen auch durch das
Absinken des Dralls auf eine bestimmte Rest-Drehrate oder - besser noch, da genauer
auswertbar - durch die Summe der seit dem Abschuß des Projektils vollzogenen
Umdrehungen definieren.
Dafür braucht an Bord des Projektils nur zusätzlich zur Funktion der Satelliten-Navigationseinrichtung
für die fortlaufende Positionsbestimmung längs der
ballistischen Flugbahn - oder sogar gänzlich unter Ersatz einer Satelliten-Navigationseinrichtung
- über einen Drehratensensor oder über einen Umdrehungszähler
festgestellt zu werden, daß der durch die abgesunkene Drehrate bzw. durch die
akkumulierte Umdrehungszahl vorgegebene Bremsauslösepunkt auf der aktuell
noch ballistisch geflogenen Bahn erreicht ist, um zur genaueren Zielakquisition
nun das Abbremsen in eine verkürzte, steiler absteigende Bahnkurve freizugeben.
Es braucht so erfindungsgemäß die Flugbahn selbst nicht mehr aktuell (online) an
Bord des Projektils bestimmt zu werden. Vielmehr wird wie bisher vorab (offline)
aus einer Flugbahnsimulation der günstigste Bremsauslösepunkt bestimmt und
nun zusätzlich (ebenfalls schon offline vorab) der Restdrall (z.B. das Absinken
von anfänglich 300 Hz auf 180 Hz) bzw. die akkumulierte Umdrehungszahl ab
Verlassen des Waffenrohres (z.B. 20.000 Umdrehungen) für diesen Punkt auf der
noch über das Ziel hinaus weisenden anfänglichen, ballistischen Flugbahn bestimmt.
Als Bremsauslösekriterium braucht an das Projektil dann nur noch ein
einziger Zahlenwert für die Rest-Drehrate oder für die aufsummierten Umdrehungen
vorgegeben zu werden, was z.B. im Zuge des Ladevorganges problemlos realisierbar
ist.
Die Drehung infolge des Projektildralls zur Bestimmung der Drehrate bzw. der
akkumulierten Umdrehungsanzahl läßt sich an Bord des Projektils apparativ wenig
aufwendig und funktional sehr zuverlässig etwa mittels eines auf das Erdgravitationsfeld
ansprechenden mechanischen Pendels oder mittels eines auf das
Erdmagnetfeld ansprechenden induktiven Sensors bestimmen, weil solche Systeme
pro Umdrehung des Projektils gerade genau ein digital auszuwertendes Signal
liefern. Die Signalfrequenz ist die Drehrate bzw. die Signalsumme ist die Umdrehungsanzahl,
deren Erreichen eines vorgegebenen Wertes über der Flugzeit wie
geschildert als Kriterium zur Auslösung der Bremseinrichtung dient.
Hinsichtlich zusätzlicher Weiterbildungen der Erfindung wird auch auf die Unteransprüche
verwiesen. Die apparativ und energetisch sehr aufwendige Satelliten-Navigationseinrichtung
an Bord eines drallstabilisiert verschossenen Projektils,
zur Bestimmung eines Bremsauslösepunktes für zielbezogene Korrektur seiner
zunächst noch über das Ziel hinaus weisenden ballistischen Flugbahn, wird
also erfindungsgemäß gestützt auf oder sogar ersetzt durch an Bord des Projektils
bewegungsabhängig, wie insbesondere aus dem Projektil-Drall, gewinnbare Informationen.
Vorzugsweise wird der Bremsauslösepunkt dadurch vorgegeben, daß
das Projektil eine unter Berücksichtigung des Dralls bei Verlassen des Abschußrohres
vorgegebene Anzahl an Umdrehungen akkumuliert hat, was an Bord des
Projektils einfach mittels des Ansprechens eines Schwerkraftpendels, eines Erdmagnetfeld-Sensors
oder eventuell auch eines Lagekreisels pro Projektildrehung
um seine Längs- oder Rollachse detektierbar ist. Weil die Basis dieser Umdrehungsinformation,
nämlich die Rollrate des Projektils, wie die Flugbahn vom
Staudruck und somit auch von insbesondere atmosphärischen Umwelteinflüssen
wie der Luftdichte beeinflußt wird, ist durch Vorgabe einer Umdrehungsinformation
zugleich eine entsprechende Unabhängigkeit des Bremsauslösepunktes von
solchen Störeinflüssen erzielt.
Claims (9)
- Verfahren zum Bestimmen des Auslösens einer Bremseinrichtung für die zielbezogene Korrektur der ballistischen Flugbahn eines Projektils,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Satelliten-Navigation zur Positionsbestimmung an Bord des Projektils aus an Bord gewonnenen Informationen über die fortschreitende Veränderung der Bewegung des Projektils gestützt wird. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stützung der Satelliten-Navigation aus einem Inertialsystem erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stützung der Satelliten-Navigation aus wenigstens einer Umdrehungsinformation des drallstabilisiert verschossenen Projektils erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stützung der Satelliten-Navigation aus einer Veränderung der Drehrate des Projektils erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stützung der Satelliten-Navigation aus einer akkumulierten Drehzahl des Projektils erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein drallabhängiger Bremsauslösepunkt auf der ballistischen Flugbahn des Projektils vorgegeben wird. - Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Absinken auf einen in Bezug auf eine anfängliche Drehrate vorgegebenen Endwert der Drehrate als Bremsauslösekriterium vorgegeben wird. - Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgegebene Summe von Umdrehungen des Projektils als Bremsauslösekriterium vorgegeben wird. - Vorrichtung zum Bestimmen des Auslösens einer Bremseinrichtung für die zielbezogene Korrektur der ballistischen Flugbahn eines drallstabilisiert verschossenen Projektils,
dadurch gekennzeichnet, daß ein auf erdbezogene Einflüsse wie insbesondere die Schwerkraft oder das Magnetfeld ansprechender Umdrehungssensor an Bord des Projektils vorgesehen ist.
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