EP2960617A1 - Verfahren zur reduktion des gefahrenbereichs gelenkter übungsmunition; übungsmunition; system - Google Patents

Verfahren zur reduktion des gefahrenbereichs gelenkter übungsmunition; übungsmunition; system Download PDF

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EP2960617A1
EP2960617A1 EP15001662.4A EP15001662A EP2960617A1 EP 2960617 A1 EP2960617 A1 EP 2960617A1 EP 15001662 A EP15001662 A EP 15001662A EP 2960617 A1 EP2960617 A1 EP 2960617A1
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EP
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training
ammunition
training ammunition
ballistic
energy
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Withdrawn
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EP15001662.4A
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English (en)
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Inventor
Thomas Kuhn
Björn Knutzen
Matthias Noll
Wolfgang Rumsauer
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Diehl Defence GmbH and Co KG
Original Assignee
Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B8/00—Practice or training ammunition
    • F42B8/12—Projectiles or missiles
    • F42B8/24—Rockets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F42B10/60—Steering arrangements
    • F42B10/66—Steering by varying intensity or direction of thrust

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the danger zone of guided training ammunition.
  • the invention furthermore relates to a training ammunition suitable for carrying out this method and to a system suitable for carrying out the method.
  • the object of the invention is therefore to show a way, as well as on smaller practice sites for practice purposes, a steering concept to compensate for the ballistic failure of unguided ammunition can be used.
  • This object is achieved on the one hand by the method according to claim 1, on the other hand by the training ammunition according to claim 6, their use according to claim 8 and further by the system according to claim 10.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
  • the reduction of the danger zone of guided training ammunition is achieved by limiting the placement energy provided in the non-aerodynamic positioning system such that it does not exceed the placement energy necessary to correct the ballistic error of the training ammunition within a predetermined error range.
  • the entrainment of a limited job energy at launch of the training ammunition causes a limited path change of the missile trajectory. Determining the correction capability of the error scattering with respect to a predetermined hit coordinate, this limit is dimensioned in such a way that it is possible to compensate precisely for the resulting ballistic deviations. If the distribution of the error distributions of the ballistic trajectory is based on a normal distribution, the standard deviation sigma ( ⁇ ) decisively determines the necessary correction requirement of the positioning system.
  • the increase of the danger zone in steered missiles can be influenced by the choice of the degree of compensation of occurring error scattering.
  • the correction of the trajectory is not achieved by changing the aerodynamics of the missile by changing the outer contour of the missile (eg moving rudders or canards), but by a limited number of thrusts.
  • These can be transmitted to the training ammunition, for example, by transverse and longitudinal thrust devices (so-called thrusters), which are arranged on the circumference of the training ammunition to be guided.
  • the transverse / longitudinal thrusters preferably produce by chemical reaction of a pyrotechnic material, a gas at high pressure, which is ejected through openings on the circumference of the training ammunition and thus gives the training ammunition according to the recoil principle trajectory correcting momentum changes.
  • the maximum total deliverable by the adjusting system correction pulse which can be effected by the limited available job energy, so dimensioned that just the maximum occurring ballistic error can be compensated. This means that in case of failure of the missile steering in the worst case, a twice as large ballistic error may occur during flight. Assuming an error correction of 6 sigma (error probability ⁇ 10 -7 ), the necessary point energy would lead to a doubling of the danger zone in case of error.
  • Guided practice rockets or even guided training munitions can be fired by the inventive concept on practice areas, which are not eligible for the operational variant (without adapted limited job energy and / or with aerodynamic control system). Expensive transport to distant large practice areas can be eliminated.
  • the invention also relates, in particular, to a system comprising a training site and at least one trained training ammunition adapted to this training site, the training ammunition having a non-aerodynamic positioning system in the form of pyrotechnic transverse / longitudinal thrust devices which are arranged to have one or more of the training ammunition to provide trajectory correcting momentum changes, wherein the pyrotechnic point energy stored in the control system is limited so that it does not exceed the energy necessary to correct the ballistic error of the training ammunition within a predetermined error range, the exercise space having a longitudinal extent at least equal to that of ballistic range of the training ammunition corresponds, wherein the transverse extent is substantially less than the longitudinal extent, wherein the transverse extent of the exercise space at least twice the width of the maximum l Ateralen ballistic error range of the training ammunition is.
  • FIG. 1 illustrates the inventive concept of using a non-aerodynamic control system in conjunction with the use of limited job energy in consideration of limited error correction of the ballistic trajectory.
  • FIG. 1 schematically shows the firing of a training ammunition according to the invention with a non-aerodynamic control system in the form of pyrotechnic pushers, which are adapted to give the training ammunition one or more trajectory correcting momentum changes, wherein the stockpiled in the control system pyrotechnic point energy is limited so that they energy is necessary for the correction of lying within a predetermined error range ballistic error of the training ammunition, does not exceed.
  • the operational ammunition can be converted by dismantling or rendering ineffective the aerodynamic control system of the ammunition for the method according to the invention for reduced-range training ammunition.
  • Training ammunition fired at the target Z has the predetermined ballistic range ⁇ x B.
  • the ballistic danger zone G B is defined by the maximum expected ballistic error ⁇ x B and ⁇ y B (generally assuming a maximum ballistic error of 6 sigma).
  • This purely ballistic danger area G B increases by the use of the non-aerodynamic control system according to the invention by the amount ⁇ y K on the controlled danger area G G.
  • this 2-sigma region is characterized by the ellipsoidal correction region K.
  • the placement energy provided in the non-aerodynamic adjustment system is equal to the adjustment energy necessary to correct the ballistic error of the training ammunition within the predetermined error range of 2 sigma. This means that a training rocket with a lateral ballistic error of 2 sigma can be placed on the target Z just with the maximum achievable error correction ⁇ y K.
  • x B 10,000 m
  • ⁇ x B 900 m
  • ⁇ y B 800 m
  • ⁇ y K 500 m.
  • the controlled danger area G G can also be kept low by the ballistic range selection x B and the delayed activation A of the control system and adapted to the permissible shooting range of the exercise area.

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Abstract

Verfahren zur Reduktion des Gefahrenbereichs (GG) gelenkter Übungsmunition, umfassend folgende Schritte:
Ausrüsten der Übungsmunition mit einem nicht-aerodynamischen Stellsystem, und
Begrenzen der im nicht-aerodynamischen Stellsystem bereitgestellten Stellenergie derart, dass sie die Stellenergie, die zur Korrektur (ΔyK) des innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs (n Sigma) liegenden ballistischen Fehlers (K) der Übungsmunition notwendig ist, nicht übersteigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion des Gefahrenbereichs gelenkter Übungsmunition. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Übungsmunition und ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes System.
  • Bisher war die Durchführung von Übungsschießen gelenkter Artillerieraketen oder Lenkmunitionen nur auf flächenmäßig großen Übungsplätzen möglich, da neben dem unvermeidlichen ballistischen Fehler insbesondere ein Fehlverhalten des Stellsystems zu einem erheblichen Abweichen der Ablage vom ursprünglich geplanten Ziel führen kann. So ist z. B. beim Blockieren eines aerodynamischen Stellsystems mit beweglichen Rudern (Canards, Leitwerk) in einer extremen Ruderstelllage in einer frühen Flugphase der Lenkmunition eine Abweichung vom geplanten Zielpunkt in Größenordnung der ballistischen Reichweite der Lenkmunition zu befürchten. Wollte man also bisher gelenkte Artillerieraketen oder Lenkmunitionen zu Übungszwecken abschießen, so konnte dies bisher nur auf großflächigen Übungsplätzen geschehen, die den sehr großen Gefahrenbereichen solcher Munitionen Rechnung tragen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Weg aufzuzeigen, wie auch auf kleineren Übungsplätzen zu Übungszwecken ein Lenkkonzept zum Ausgleich des ballistischen Fehlers einer ungelenkten Munition eingesetzt werden kann. Diese Aufgabe wird zum einen durch das Verfahren nach Anspruch 1, zum anderen durch die Übungsmunition nach Anspruch 6, deren Verwendung nach Anspruch 8 und ferner durch das System nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß wird die Reduktion des Gefahrenbereichs gelenkter Übungsmunition dadurch erreicht, dass die im nicht-aerodynamischen Stellsystem bereitgestellte Stellenergie derart begrenzt wird, dass sie die Stellenergie, die zur Korrektur des innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs liegenden ballistischen Fehlers der Übungsmunition notwendig ist, nicht übersteigt. Durch die Mitnahme einer begrenzten Stellenergie bei Abschuss der Übungsmunition wird eine gegrenzte Wegänderung der Raketentrajektorie bewirkt. Diese Begrenzung wird unter Festlegung der Korrekturfähigkeit der Fehlerstreuung bezogen auf eine vorgegebene Trefferkoordinate so bemessen, dass gerade die entstehenden ballistischen Abweichungen kompensiert werden können. Geht man bei der Verteilung der Fehlerstreuungen der ballistischen Flugbahn von einer Normalverteilung aus, so bestimmt die Standardabweichung Sigma (σ) maßgeblich den notwendigen Korrekturbedarf des Stellsystems. Damit ist die Zunahme des Gefahrenbereichs bei gelenkten Raketen durch die Wahl des Kompensationsgrades auftretender Fehlerstreuung beeinflussbar.
  • Durch den Einsatz eines nicht-aerodynamischen Stellsystems wird die Korrektur der Trajektorie nicht über eine Änderung der Aerodynamik der Rakete mittels Änderung der Außenkontur der Rakete (z. B. bewegliche Ruder oder Canards) erreicht, sondern durch eine limitierte Anzahl von Kraftstößen. Diese können beispielsweise durch Quer- und Längsschubeinrichtungen (sogenannte Thruster), welche am Umfang der zu lenkenden Übungsmunition angeordnet sind, auf die Übungsmunition übertragen werden.
  • Die Quer-/Längsschubeinrichtungen erzeugen vorzugsweise durch chemische Umsetzung eines pyrotechnischen Materials ein Gas mit hohem Druck, welches über Öffnungen am Umfang der Übungsmunition ausgestoßen wird und somit der Übungsmunition nach dem Rückstoßprinzip flugbahnkorrigierende Impulsänderungen erteilt. Dabei wird der durch das Stellsystem maximal abgebbare Gesamtkorrekturimpuls, welcher durch die begrenzt bereitgestellte Stellenergie bewirkbar ist, so bemessen, dass gerade der maximal auftretende ballistische Fehler kompensiert werden kann. Dies bedeutet, dass im Fehlerfall der Raketenlenkung im schlimmsten Fall ein doppelt so großer ballistischer Fehler beim Flug auftreten kann. Bei Annahme einer Fehlerkorrektur von 6 Sigma (Fehlerwahrscheinlichkeit < 10-7) würde die notwendige Stellenergie zu einer Verdoppelung des Gefahrenbereichs im Fehlerfall führen. Da bei einem Übungsschießen eine Korrektur des auftretenden ballistischen Fehlers von 2 Sigma (die Korrektur beinhaltet 94,45 % aller Fehler) ausreichend ist, wird die notwendig zu korrigierende Ablage deutlich verringert und führt damit zu einer Reduktion des Zuwachses des Gefahrenbereichs im Fehlerfall. Dieses Verfahren benötigt damit einen lediglich um diesen Zuwachs höheren Gefahrenbereich als eine rein ballistisch fliegende Rakete.
  • Gelenkte Übungsraketen oder auch gelenkte Übungsmunitionen können durch das erfindungsgemäße Konzept auf Übungsplätzen verschossen werden, die für die operationelle Variante (ohne angepasst begrenzte Stellenergie und/oder mit aerodynamischem Stellsystem) nicht infrage kommen. Kostspielige Transporte zu weiter entfernten großen Übungsplätzen können damit entfallen.
  • Durch Variation und Wahl der zeitlichen Aktivierung der möglichen Kompensation des ballistischen Fehlers und Änderungen zu kleineren ballistischen Reichweiten kann der so entstehende Gefahrenbereich an den zulässigen Schussbereich des Übungsplatzes angepasst werden. Demzufolge bezieht sich die Erfindung insbesondere auch auf ein System umfassend einen Übungsplatz und mindestens eine auf diesen Übungsplatz abgestimmte gelenkte Übungsmunition, wobei die Übungsmunition ein nicht-aerodynamisches Stellsystem in Form von pyrotechnischen Quer-/ Längsschubeinrichtungen aufweist, welche eingerichtet sind, der Übungsmunition eine oder mehrere flugbahnkorrigierende Impulsänderungen zu erteilen, wobei die im Stellsystem bevorratete pyrotechnische Stellenergie derart begrenzt ist, dass sie die Energie, die zur Korrektur des innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs liegenden ballistischen Fehlers der Übungsmunition notwendig ist, nicht übersteigt, wobei der Übungsplatz eine Längsausdehnung aufweist, welche mindestens der ballistischen Reichweite der Übungsmunition entspricht, wobei dessen Querausdehnung wesentlich geringer als die Längsausdehnung ist, wobei die Querausdehnung des Übungsplatzes mindestens das Doppelte der Breite des maximalen lateralen ballistischen Fehlerbereichs der Übungsmunition beträgt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung.
  • Die Zeichnung Figur 1 illustriert das erfindungsgemäße Konzept des Einsatzes eines nicht-aerodynamischen Stellsystems in Verbindung mit der Nutzung limitierter Stellenergie bei Berücksichtigung von begrenzter Fehlerkorrektur der ballistischen Flugbahn.
  • Figur 1 zeigt schematisch den Verschuss einer erfindungsgemäßen Übungsmunition mit einem nicht-aerodynamischen Stellsystem in Form von pyrotechnischen Schubeinrichtungen, welche eingerichtet sind, der Übungsmunition eine oder mehrere flugbahnkorrigierende Impulsänderungen zu erteilen, wobei die im Stellsystem bevorratete pyrotechnische Stellenergie derart begrenzt ist, dass sie die Energie, die zur Korrektur des innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs liegenden ballistischen Fehlers der Übungsmunition notwendig ist, nicht übersteigt.
  • Falls eine operationelle Variante der Munition (mit aerodynamischem Stellsystem) für das Übungsschießen verwendet werden soll, kann die operationelle Munition durch Demontieren oder unwirksam Machen des aerodynamischen Stellsystems der Munition für das erfindungsgemäße Verfahren zur gefahrenbereichsreduzierten Übungsmunition umgerüstet werden.
  • Die in Figur 1 auf das Ziel Z verschossene Übungsmunition weist die vorbestimmte ballistische Reichweite ΔxB auf. Der ballistische Gefahrenbereich GB wird durch den maximal zu erwartenden ballistischen Fehler ΔxB und ΔyB definiert (im Allgemeinen unter Annahme eines maximalen ballistischen Fehlers von 6 Sigma). Dieser rein ballistische Gefahrenbereich GB vergrößert sich durch den Einsatz des erfindungsgemäßen nicht-aerodynamischen Stellsystems um den Betrag ΔyK auf den gelenkten Gefahrenbereich GG.
  • Bei einem Übungsschießen ist eine Korrekturmöglichkeit bis zu einem auftretenden ballistischen Fehler von 2 Sigma ausreichend. In Figur 1 ist dieser 2-Sigma-Bereich durch den ellipsoidförmigen Korrekturbereich K gekennzeichnet. Erfindungsgemäß ist nun die im nicht-aerodynamischen Stellsystem bereitgestellte Stellenergie gleich der zur Korrektur des innerhalb des vorbestimmten Fehlerbereichs von 2 Sigma liegenden ballistischen Fehlers der Übungsmunition notwendigen Stellenergie. Das bedeutet, dass eine Übungsrakete mit einem lateralen ballistischen Fehler von 2 Sigma gerade noch mit der maximal erreichbaren Fehlerkorrektur ΔyK auf das Ziel Z abgelegt werden kann.
  • Dies hat zwar den Nachteil, dass ballistische Abweichungen von mehr als 2 Sigma nicht mehr vollständig korrigiert werden können (kein direkter Zieltreffer mehr möglich), dies wird aber mehr als aufgewogen durch den Vorteil, dass sich der ballistische Gefahrenbereich GB nur um einen vergleichsweise geringen Betrag ΔyK auf den gelenkten Gefahrenbereich GG vergrößert (unter Annahme einer totalen Fehlfunktion des Stellsystems, bei der eine maximale ballistische Abweichung ΔyB genau in die falsche Richtung vom Ziel Z weg "korrigiert" wird).
  • Beispiele für typische Werte bei einem Übungsschießen gemäß obiger Beschreibung sind xB = 10.000 m, ΔxB = 900 m, ΔyB = 800 m, ΔyK = 500 m.
  • Neben der Begrenzung der im nicht-aerodynamischen Stellsystem bereitgestellten Stellenergie kann der gelenkte Gefahrenbereich GG auch noch durch die Vorwahl der ballistischen Reichweite xB und durch die verzögerte Aktivierung A des Stellsystems gering gehalten und an den zulässigen Schussbereich des Übungsplatzes angepasst werden.
    • Bezugszeichenliste
    • GB
    Ballistischer Gefahrenbereich
    GG
    Gelenkter Gefahrenbereich
    ΔxB
    maximale longitudinale ballistische Abweichung
    ΔyB
    maximale laterale ballistische Abweichung
    ΔyK
    maximal erreichbare laterale Fehlerkorrektur
    K
    Korrekturbereich (vorbestimmter Fehlerbereich in Vielfachen von Sigma)
    A
    Aktivierungspunkt des nicht-aerodynamischen Stellsystems
    Z
    Ziel

Claims (10)

  1. Verfahren zur Reduktion des Gefahrenbereichs (GG) gelenkter Übungsmunition, umfassend folgende Schritte:
    Ausrüsten der Übungsmunition mit einem nicht-aerodynamischen Stellsystem, und
    Begrenzen der im nicht-aerodynamischen Stellsystem bereitgestellten Stellenergie derart, dass sie die Stellenergie, die zur Korrektur (ΔyK) des innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs (n Sigma) liegenden ballistischen Fehlers (K) der Übungsmunition notwendig ist, nicht übersteigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei die im nicht-aerodynamischen Stellsystem bereitgestellte Stellenergie gleich der zur Korrektur (ΔyK) des innerhalb des vorbestimmten Fehlerbereichs (n Sigma) liegenden ballistischen Fehlers (K) der Übungsmunition notwendigen Stellenergie ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei das nicht-aerodynamische Stellsystem mittels Quer- und Längsschubeinrichtungen Kraftstöße auf die Übungsmunition überträgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    ferner umfassend den Schritt des Demontierens oder unwirksam Machens eines aerodynamischen Stellsystems der Munition, welche für das Verfahren zur gefahrenbereichsreduzierten Übungsmunition umgerüstet werden soll.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Begrenzung der Stellenergie und damit die Reduktion des Gefahrenbereichs (GG) in Abhängigkeit der Querausdehnung des Übungsplatzes erfolgt, auf dem die Übungsmunition verschossen wird.
  6. Übungsmunition mit einem nicht-aerodynamischen Stellsystem in Form von pyrotechnischen Quer- und Längsschubeinrichtungen, welche eingerichtet sind, der Übungsmunition eine oder mehrere flugbahnkorrigierende Impulsänderungen zu erteilen,
    wobei die im Stellsystem bevorratete pyrotechnische Stellenergie derart begrenzt ist, dass sie die Energie, die zur Korrektur (ΔyK) des innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs (n Sigma) liegenden ballistischen Fehlers (K) der Übungsmunition notwendig ist, nicht übersteigt.
  7. Übungsmunition nach Anspruch 6,
    wobei die im Stellsystem bevorratete pyrotechnische Stellenergie gleich der zur Korrektur (ΔyK) des innerhalb des vorbestimmten Fehlerbereichs (n Sigma) liegenden ballistischen Fehlers (K) der Übungsmunition notwendigen Energie ist.
  8. Verwendung einer Übungsmunition gemäß Anspruch 6 oder 7 auf einem Übungsplatz, dessen Längsausdehnung mindestens der ballistischen Reichweite (xB) der Übungsmunition entspricht, wobei dessen Querausdehnung wesentlich geringer als die Längsausdehnung ist, wobei die Querausdehnung des Übungsplatzes mindestens das Doppelte der Breite (2ΔyB) des maximalen lateralen ballistischen Fehlerbereichs der Übungsmunition beträgt.
  9. Verwendung nach Anspruch 8,
    wobei die Querausdehnung des Übungsplatzes höchstens das Dreifache der Breite (2ΔyB) des maximalen lateralen ballistischen Fehlerbereichs der Übungsmunition beträgt.
  10. System umfassend einen Übungsplatz und mindestens eine auf diesen Übungsplatz abgestimmte gelenkte Übungsmunition,
    wobei die Übungsmunition ein nicht-aerodynamisches Stellsystem in Form von pyrotechnischen Quer- und Längsschubeinrichtungen aufweist, welche eingerichtet sind, der Übungsmunition eine oder mehrere flugbahnkorrigierende Impulsänderungen zu erteilen,
    wobei die im Stellsystem bevorratete pyrotechnische Stellenergie derart begrenzt ist, dass sie die Energie, die zur Korrektur des innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs liegenden ballistischen Fehlers der Übungsmunition notwendig ist, nicht übersteigt,
    wobei der Übungsplatz eine Längsausdehnung aufweist, welche mindestens der ballistischen Reichweite der Übungsmunition entspricht, wobei dessen Querausdehnung wesentlich geringer als die Längsausdehnung ist, wobei die Querausdehnung des Übungsplatzes mindestens das Doppelte der Breite des maximalen lateralen ballistischen Fehlerbereichs der Übungsmunition beträgt.
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