EP1816430A1 - Verfahren und System zur Abwehr von Flugkörpern - Google Patents

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EP1816430A1
EP1816430A1 EP07000652A EP07000652A EP1816430A1 EP 1816430 A1 EP1816430 A1 EP 1816430A1 EP 07000652 A EP07000652 A EP 07000652A EP 07000652 A EP07000652 A EP 07000652A EP 1816430 A1 EP1816430 A1 EP 1816430A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C11/00—Electric fuzes
    • F42C11/02—Electric fuzes with piezo-crystal

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for defense against missiles which have explosives with a piezoelectric igniter.
  • Piezoelectric sensors are often used as impact fuses for triggering explosive payloads in unguided missiles, e.g. Rockets or projectiles used.
  • a typical example of such a missile is the Russian RPG-7 antitank grenade shown in FIG.
  • Remote ignition systems are known according to DE 2250 630 B2 with which under explosive charges are brought by ultrasound signals to detonation.
  • An explosive charge is assigned an ultrasonic receiver, with the the ultrasonic signal is received and processed electronically after conversion into an electrical signal.
  • the output signal of the ultrasonic receiver is fed to an electric detonator for triggering the detonation.
  • ultrasonic radiation is emitted to repel the approaching missile, which excites the piezoelectric detonator of the approaching missile to vibrate and thereby triggers the detonator, which was activated after the launch of the missile.
  • the triggering of the explosive payload thus takes place in the approach of the missile far away from the target.
  • the emitted ultrasonic radiation can penetrate the metal housing of the missile with only slight attenuation.
  • the ultrasound radiation can be emitted directionally or non-directionally.
  • the directed emission of ultrasonic energy preferably takes place in the form of a high-energy beam with a small opening angle.
  • an array of a plurality of ultrasonic transducers is preferably used.
  • an alignment of the radiated energy by targeted phase control of the signals of the individual ultrasonic transducers can be done (phased array technique).
  • the alignment is thus purely electronic without moving mechanical components.
  • the ultrasonic generator eg arranged on a turntable adjustable in azimuth and elevation.
  • the frequency of the ultrasonic radiation is chosen such that the piezoelectric igniter of the approaching missile is excited with its natural resonant frequency or a harmonic or subharmonic thereof.
  • the radiated ultrasound frequency can be varied over a certain frequency range, e.g. by linear frequency modulation.
  • the Doppler shift which arises as a result of the relative speed between the missile and the platform emitting the ultrasound radiation, is also advantageously taken into account.
  • the frequency of the ultrasonic radiation can be varied to compensate for uncertainties in the exact value of the Doppler frequency.
  • the method according to the invention is suitable for the defense of all guided and unguided missiles, eg rockets or projectiles.
  • the described system can be carried by both aircraft and land vehicles. Stationary applications on the ground are also possible.
  • a particular advantage of the system according to the invention is its very short reaction time, which is particularly important in the case of close-range bombardment.
  • a system S for carrying out the method according to the invention is shown schematically in FIG. 2. It comprises on two opposite parallel side surfaces in each case an array 2 of a plurality of ultrasonic transducers. With this device thus protection against approaching missiles in large parts of the left and right hemisphere is possible. If necessary, additional transducers can be added to achieve full coverage over 360 °.
  • the two ultrasonic arrays 2 are rigidly attached to the surface of the system S.
  • An alignment of the ultrasonic radiation 1 on the approaching missile 7.2 is carried out in the embodiment shown purely electronically via a corresponding phase control the individual ultrasonic transducer of an array 2. An additional, eg mechanical positioning is not necessary in this case.
  • the system further comprises four electro-optical missile warning sensors 4 for detecting a launch of the enemy missile (reference number 7.1 shows the missile in the starting phase). With the four sensors 4 shown a 360 ° -Abeckung is possible.
  • the illustrated missile warning sensors 4 are used in the present case as tracking sensors for tracking the approaching missile.
  • the system of Fig. 2 represents a very compact, easy to transport unit.
  • Fig. 3 shows a flowchart for carrying out the method according to the invention.
  • the launch of an enemy missile e.g. an anti-tank grenade RPG-7
  • the tracking sensor whose function is perceived here by the missile warning sensors
  • the positioning device aligns the ultrasound energy to be radiated with the missile.
  • the alignment takes into account the duration of the ultrasound beam to the target.
  • Ansch manend takes place the generation and directional radiation of the ultrasonic energy in the form of a bundled, high-energy acoustic beam. In the case of a purely electrical alignment, the functions of alignment and radiation of the ultrasonic radiation coincide.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur Abwehr von Flugkörpern (7.1,7.2), welche Explosivstoffe mit piezoelektrischem Zünder aufweisen, wobei mittels Ultraschallenergie (1) der Zünder des Flugkörpers (7.2) zu Schwingungen angeregt und dadurch im Flug ausgelöst wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur Abwehr von Flugkörpern, welche Explosivstoffe mit piezoelektrischem Zünder aufweisen.
  • Piezoelektrische Sensoren werden häufig als Einschlagszünder zur Auslösung explosiver Nutzlasten in ungelenkten Flugkörpern, z.B. Raketen oder Geschossen, verwendet. Ein typisches Beispiel eines solchen Flugkörpers ist die russische RPG-7 Panzerabwehrgranate, die in Fig. 1 dargestellt ist.
  • Diese Waffen sind weit verbreitet. Mit ihnen ist eine große Zahl von Opfern in den heutigen asymmetrischen Kriegsszenarien verbunden. Die wesentliche Verteidigung gegen derartige Waffen besteht in einer Panzerung. Diese ist jedoch nicht immer wirksam gegen den starken Plasmastrahl, der durch die Hohlladung erzeugt wird.
  • Aktive Abwehrsysteme, mit denen versucht wird, den Flugkörper im Flug abzuschießen, wurden bereits vorgeschlagen. Diese sind aber sehr teuer, haben nur eine geringe Treffwahrscheinlichkeit und können bei Start des Flugkörpers im Nahbereich des Ziels nicht eingesetzt werden. Abwehrsysteme auf der Basis von Mikrowellenenergie sind nicht geeignet, da das Raketengehäuse eine Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Strahlung bildet, die nur durch extreme Leistungspegel überwunden werden könnte.
  • Bekannt sind Fernzündanlagen gemäß DE 2250 630 B2 , mit denen unter Wasser angeordnete Sprengladungen durch Ultraschallsignale zur Detonation gebracht werden. Einer Sprengladung ist dabei ein Ultraschallempfänger zugeordnet, mit der das Ultraschallsignal empfangen und nach Wandlung in ein elektrisches Signal elektronisch weiter aufbereitet wird. Das Ausgangssignal des Ultraschallempfängers wird einem elektrischen Zünder zur Auslösung der Detonation zugeführt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie ein System anzugeben, das eine Abwehr von Flugkörpern mit hoher Zuverlässigkeit ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 sowie einem System nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Abwehr des anfliegenden Flugkörpers Ultraschallstrahlung ausgesandt, die den piezoelektrischen Zünder des anfliegenden Flugkörpers zu Schwingungen anregt und dadurch den Zünder, der nach dem Start des Flugkörpers aktiviert wurde, auslöst. Die Auslösung der explosiven Nutzlast erfolgt somit im Anflug des Flugkörpers weitab vom Ziel.
  • Die ausgesandte Ultraschallstrahlung kann das Metallgehäuse des Flugkörpers mit nur geringer Abschwächung durchdringen.
  • Die Ultraschallstrahlung kann gerichtet oder ungerichtet ausgestrahlt werden.
  • Die gerichtete Abstrahlung von Ultraschallenergie erfolgt bevorzugt in Form eines hochenergetischen Strahls mit geringem Öffnungswinkel.
  • Bei einer gerichteten Abstrahlung wird bevorzugt ein Array von mehreren Ultraschallwandlern verwendet. Damit kann eine Ausrichtung der abgestrahlten Energie durch gezielte Phasensteuerung der Signale der einzelnen Ultraschallwandler erfolgen (Phased-Array-Technik). Die Ausrichtung erfolgt somit rein elektronisch ohne bewegte mechanische Bauteile.
  • Alternativ kann jedoch auch eine mechanische Steuerung der Ausrichtung erfolgen, wie sie insbesondere bei Radarsystemen eingesetzt werden. Dazu wird der Ultraschallgenerator z.B. auf einem in Azimut und Elevation verstellbaren Drehtisch angeordnet.
  • Darüber hinaus ist aber auch eine Kombination von elektronischer und mechanischer Ausrichtung möglich, derart, dass z.B. die Ausrichtung in Azimut mittels Drehtisch erfolgt, während die Ausrichtung in Elevation elektronisch mittels eines Arrays (oder im einfachsten Falle mittels einer Zeile) von Ultraschallgeneratoren erfolgt.
  • Bevorzugt wird die Frequenz der Ultraschallstrahlung derart gewählt, dass der piezoelektrische Zünder des anfliegenden Flugkörpers mit seiner natürlichen Resonanzfrequenz oder einer Harmonischen oder Sub-Harmonischen davon angeregt wird.
  • Um Toleranzen in der bekannten Resonanzfrequenz des Zünders oder Unsicherheiten hinsichtlich des genauen Werts der Resonanzfrequenz des Zünders zu kompensieren, kann die abgestrahlte Ultraschallfrequenz über einen gewissen Frequenzbereich variiert werden, z.B. durch lineare Frequenzmodulation.
  • Darüber hinaus wird bei der Wahl der abgestrahlten Ultraschallfrequenz vorteilhaft auch die Dopplerverschiebung berücksichtigt, die infolge der Relativgeschwindigkeit zwischen Flugkörper und der die Ultraschallstrahlung aussendenden Plattform entsteht. Auch in diesem Zusammenhang kann die Frequenz der Ultraschallstrahlung variiert werden, um Unsicherheiten hinsichtlich des genauen Werts der Dopplerfrequenz zu kompensieren.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine zuverlässige und kostengünstige Abwehr von Flugkörpern realisiert. Direkte Treffer durch den Flugkörper und damit Bildung des zerstörerischen Plasma-Jets in unmittelbarer Nähe des Ziels können vermieden werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Abwehr sämtlicher gelenkter und ungelenkter Flugkörper, z.B. Raketen oder Geschossen, geeignet.
  • Ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die folgenden Hauptkomponenten:
    1. (a) einen Flugkörperwarnsensor zur Detektion des Starts des feindlichen Flugkörpers.
      Hierzu können die an sich bekannten Flugkörperwarnsensoren auf der Basis von IR-, UV- oder Radarsensoren verwendet werden. Die Software des Warnsensors wird vorteilhaft auf die spezifische Signatur des relevanten Flugkörpers abgestimmt.
    2. (b) einen Trackingsensor zur Verfolgung des anfliegender Flugkörpers. Dies kann der selbe Sensor sein wie der Flugkörperwarnsensor oder aber ein zusätzlicher Sensor. Eingesetzt werden kann z.B. ein passiver elektrooptischer Sensor auf der Basis eines UV-Sensors. Aufgrund der begrenzten Brenndauer des Flugkörpers kommt jedoch bevorzugt ein IR-Sensor zur Anwendung. Ganz besonders geeignet ist ein aktiver Radarsensor, da das erfindungsgemäße Verfahren am effektivsten auf der Basis von Entfernungsinformationen durchgeführt werden kann.
    3. (c) eine Positioniereinrichtung zur Ausrichtung des Ultraschallstrahls auf den anfliegenden Flugkörper. Die Ausrichtung erfolgt derart, dass die Laufzeit des Ultraschallstrahls bis zum Ziel berücksichtigt wird.
      Hierzu kann z.B. ein rotierender Drehtisch eingesetzt werden, mit dem die Abstrahlung in Azimut und Elevation mechanisch eingestellt werden kann. Die Ausrichtung kann aber auch auf rein elektronischem Weg erfolgen, in dem die Phasen der einzelnen Ultraschallgeneratoren eines zweidimensionalen Arrays gezielt angesteuert werden. Hierfür können elektronisch angesteuerte akustische Arrays verwendet werden, wie sie z.B. aus Sonarsystemen für Unterwasseranwendungen bekannt sind.
    4. (d) eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallwellen.
      Hierzu werden bevorzugt solche Vorrichtungen eingesetzt, die zur Erzeugung eines hoch-energetischen, stark gebündelten Ultraschallstrahls hoher Energiedichte geeignet sind. Insbesondere werden dazu zwei-dimensionale Arrays aus akustischen Einzelstrahlern verwendet. Deren Frequenz wird z.B. auf die Resonanzfrequenz des piezo-elektrischen Zünders der RPG7-Panzerabwehrgranate eingestellt. Die Ausrichtung der abgestrahlten Ultraschallenergie in Azimut und Elevation erfolgt - wie bereits oben unter (c) erläutert - elektronisch oder mechanisch oder aus einer Kombination von elektronischen und mechanischen Maßnahmen.
  • Das beschriebene System kann sowohl von Luftfahrzeugen als auch von Landfahrzeugen getragen werden. Auch stationäre Anwendungen am Boden sind möglich. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems ist seine sehr geringe Reaktionszeit, was insbesondere bei Beschuss aus dem Nahbereich von wesentlicher Bedeutung ist.
  • Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Fig. näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine RPG-7 Panzerabwehrgranate, wie in der Beschreibungseinleitung erläutert,
    Fig. 2
    ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Seitenansicht,
    Fig. 3
    ein Ablaufplan für die Durchführung des Verfahrens.
  • Ein System S zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in schematischer Weise in Fig. 2 dargestellt. Es umfasst auf zwei gegenüberliegenden parallelen Seitenflächen jeweils ein Array 2 aus mehreren Ultraschallwandlern. Mit dieser Vorrichtung ist somit Schutz gegen anfliegende Flugkörper in großen Teilen der linken und rechten Hemisphäre möglich. Wenn notwendig, können weitere Wandler hinzugefügt werden, um volle Abdeckung über 360° zu erzielen. Die beiden Ultraschallarrays 2 sind starr an der Oberfläche des Systems S angebracht. Eine Ausrichtung der Ultraschallstrahlung 1 auf den anfliegenden Flugkörper 7.2 erfolgt in der gezeigten Ausführung rein elektronisch über eine entsprechende Phasensteuerung der einzelnen Ultraschallwandler eines Arrays 2. Eine zusätzliche, z.B. mechanische Positioniereinrichtung ist in diesem Fall nicht notwendig.
  • Das System umfasst weiterhin vier elektrooptische Flugkörperwarnsensoren 4 zur Detektion eines Starts des feindlichen Flugkörpers (Bezugsziffer 7.1 zeigt den Flugkörper in der Startphase). Mit den gezeigten vier Sensoren 4 ist eine 360°-Abeckung möglich. Die dargestellten Flugkörperwarnsensoren 4 werden im vorliegenden Fall auch als Trackingsensoren zur Verfolgung des anfliegenden Flugkörpers verwendet.
  • Das System nach Fig. 2 stellt eine sehr kompakte, leicht zu transportierende Baueinheit dar.
  • Fig. 3 zeigt einen Ablaufplan für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Der Start eines feindlichen Flugkörpers, z.B. einer Panzerabwehrgranate RPG-7, wird mit den Flugkörperwarnsensoren detektiert. Der Trackingsensor (dessen Funktion hier von den Flugkörperwarnsensoren wahrgenommen wird) übernimmt danach die Verfolgung des anfliegenden Flugkörpers. Mit der Positioniereinrichtung wird die abzustrahlende Ultraschallenergie auf den Flugkörper ausgerichtet. Die Ausrichtung erfolgt unter Berücksichtigung die Laufzeit des Ultraschallstrahls bis zum Ziel. Anschießend erfolgt die Erzeugung und gerichtete Abstrahlung der Ultraschallenergie in Form eines gebündelten, hochenergetischen akustischen Strahls. Im Falle einer rein elektrischen Ausrichtung fallen die Funktionen Ausrichtung und Abstrahlung der Ultraschallstrahlung zusammen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Abwehr von Flugkörpern (7.1,7.2), welche Explosivstoffe mit piezoelektrischem Zünder aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Ultraschallenergie (1) der Zünder des Flugkörpers (7.2) zu Schwingungen angeregt und dadurch im Flug ausgelöst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Zünder mit seiner natürlichen Resonanzfrequenz oder einer Harmonischen oder Sub-Harmonischen davon angeregt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Ultraschallstrahlung (1) variiert wird, um Toleranzen in der bekannten Resonanzfrequenz des Zünders oder Unsicherheiten hinsichtlich des genauen Werts der Resonanzfrequenz des Zünders zu kompensieren.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Ultraschallstrahlung (1) unter Berücksichtigung der Dopplerfrequenz aufgrund der Geschwindigkeit des Flugkörpers (7.2) und/oder der die Ultraschallstrahlung aussendenden Plattform gewählt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Ultraschallstrahlung (1) variiert wird, um Unsicherheiten hinsichtlich des genauen Werts des Dopplerfrequenz zu kompensieren.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallstrahlung (1) gerichtet abgestrahlt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallstrahlung (1) in Form eines hochenergetischen Strahls mit geringem Öffnungswinkel abgestrahlt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Ultraschallstrahlung (1) rein elektronisch mittels Phased-Array-Techniken erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallstrahlung (1) ungerichtet abgestrahlt wird.
  10. System zur Abwehr von Flugkörpern (7.1,7.2), welche Explosivstoffe mit piezoelektrischem Zünder aufweisen, mit folgenden Merkmalen:
    - einem Flugkörperwarnsensor (4) zur Detektion des Flugkörperstarts (7.1),
    - einem Trackingsensor zur Verfolgung des anfliegenden Flugkörpers,
    - einer Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallstrahlung (2), wobei die Ultraschallstrahlung (2) dazu geeignet ist, den Zünder des Flugkörpers (7.2) zu Schwingungen anzuregen und dadurch im Flug auszulösen,
    - einer Positioniereinrichtung zur Ausrichtung der Ultraschallstrahlung auf den anfliegenden Flugkörper.
EP07000652A 2006-02-01 2007-01-13 Verfahren und System zur Abwehr von Flugkörpern Not-in-force EP1816430B1 (de)

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