EP4227634A1 - Lenkung drallender geschosse durch zyklischen stellflächenausschlag - Google Patents

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EP4227634A1
EP4227634A1 EP23155644.0A EP23155644A EP4227634A1 EP 4227634 A1 EP4227634 A1 EP 4227634A1 EP 23155644 A EP23155644 A EP 23155644A EP 4227634 A1 EP4227634 A1 EP 4227634A1
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EP
European Patent Office
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projectile
longitudinal axis
course
carrier
twist
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EP23155644.0A
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English (en)
French (fr)
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EP4227634B1 (de
Inventor
Dominik Schicker
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Diehl Defence GmbH and Co KG
Original Assignee
Diehl Defence GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Diehl Defence GmbH and Co KG filed Critical Diehl 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
    • 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
    • F42B10/62—Steering by movement of flight surfaces
    • F42B10/64—Steering by movement of flight surfaces of fins
    • 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
    • F42B10/02—Stabilising arrangements
    • F42B10/26—Stabilising arrangements using spin

Definitions

  • the invention relates to the guidance of spinning projectiles or corresponding ammunition with such projectiles.
  • a projectile In flight, such a projectile has a spin about its longitudinal axis pointing in the direction of flight, and is therefore spin-stabilized.
  • EP 3 667 226 A1 discloses a control device for a projectile that can be fired from a gun barrel by means of a propellant charge, with at least one braking element, which has a smaller braking force for the projectile in a resting state and a greater braking force for the projectile in the opposite direction of flight when it is in a braking state, and with an activation module for the braking state when a braking criterion.
  • a control device is assembled with a base body to form the projectile. In one method of operating the missile, the missile is launched and at least one braking element is placed in the braking state during flight.
  • the missile In one method of engaging a target, the missile is fired at the target at elevated elevation from a direct trajectory, the braking condition is activated, and the decelerated missile is deflected down onto the target.
  • the well-known solution is suitable for both spin-stabilized and wing-stabilized projectiles.
  • the object of the invention is to propose improvements in relation to the guidance of spinning projectiles.
  • the object is solved by a projectile according to patent claim 1.
  • the projectile contains a casing.
  • the term "case” is to be understood here in the sense of a projectile body and includes not only the actual outer case of the projectile, but possibly also other structural parts in the interior or on the Projectile, especially in the rear area.
  • the casing extends along a longitudinal axis of the projectile.
  • the casing or the entire projectile is set up to have a twist about the longitudinal axis in a flight direction during intended flight, ie to rotate about the longitudinal axis while twisting or with the twist.
  • "Intended” is to be understood that the projectile as planned or intended - e.g. B.
  • the spinning projectile After being fired/launched, the spinning projectile has a spin around its longitudinal axis pointing in the direction of flight, it therefore rotates around this longitudinal axis and is therefore spin-stabilized.
  • the floor contains at least one footprint.
  • the or each of the shelves is pivotally mounted on the shell. Due to its - albeit pivotable - mounting on the shell, the footprint also has the same twist about the longitudinal axis as the shell.
  • Each footprint has its own pivot axis associated with it.
  • pivot axes can also run parallel to one another or coincide.
  • all pivot axes are different from one another, i. H. are at best parallel to each other, otherwise they intersect or run crooked to each other.
  • all pivot axes lie in the same plane, in particular transversely to the longitudinal axis.
  • each of the placement areas has a respective current pivoting angle about the pivoting axis, ie relative to the shell.
  • the bullet contains an actuator.
  • the setting unit is connected to at least one of the setting surfaces via a linkage.
  • the actuating unit thus directs at least one of the shelves, i. H. Causes its rotation around the pivot axis (change of the current pivot angle) or keeps the shelf at a certain current pivot angle.
  • the setting unit specifies the relevant current setting angle of the setting surface or sets it, changes it or records it. So there is an articulation or an articulation structure between the actuating unit and the footprint, e.g. B. in the form of a linkage, gear, train, etc.
  • the setting unit is set up to set a twist-decoupled cyclic course of the respective current setting angle in the circumferential direction as a function of a circumferential angle about the longitudinal axis for each of the setting surfaces articulated by it, with the course being changeable by the setting unit.
  • the curve is therefore the (time) curve of the current value of the setting angle when the setting surface twists about the longitudinal axis, i.e. as a function of a current circumferential angle about the longitudinal axis at which the relevant setting surface is currently located.
  • the bullet In addition to its spin around the longitudinal axis or trajectory, the bullet also performs a purely translatory movement along the trajectory.
  • the progression is therefore a constant shape that is spin-decoupled with respect to the trajectory of the projectile (in the direction of the longitudinal axis) and does not spin around the longitudinal axis.
  • the shape of the profile hereen in the reference system of the shell—has a rotation in the opposite direction to the twist, ie a counter-twist or opposite twist corresponding in terms of magnitude to the twist.
  • the change in course leads to a change / transformation of this form, which does not twist around the longitudinal axis.
  • the positioning angles therefore run as a function of the angle of circumference.
  • the course can be a constant course (unchanged, constant pivoting angle for all circumferential angles between 0° and 360° around the longitudinal axis) or a constantly changing course.
  • “Cyclic” means that the angles of rotation are identical for the circumferential angles of 0° and 360°, jumps in the setting angle over the course are not possible. In particular, the curve can be continuously differentiated, so it also has no kinks.
  • the progression ie the sequence of the angles of rotation in the circumferential direction
  • different curves of angles of rotation about the longitudinal axis can be set.
  • a profile curve of the angle of rotation can be changed between 0° and 360° circumferential angle for each positioning surface articulated by the positioning unit.
  • the curves for two or more, in particular all, shelves are the same with regard to the curve and phase position about the longitudinal axis. During their rotation about the longitudinal axis with the twist, these positioning surfaces therefore have the same progression of pivot angles in phase (relative to the circumferential angle in the non-twisting coordinate system).
  • the curve thus maps the setting angles of all articulated setting elements over the circumferential angle.
  • the course is in particular a constant (straight line) or a sinusoidal curve over the setting angle (possibly shifted and/or scaled to a zero value).
  • a footprint exerts an aerodynamic force on the projectile as the projectile is in flight.
  • the magnitude and direction of the force depend on the swivel angle.
  • the projectile is not steered by the actuation of wings, as in a canard system, but by the deflection (pivoting movement) of the projectile—particularly circumferentially distributed—setting surfaces, particularly in the form of brake flaps.
  • the result is simpler actuation compared to controlling multiple canards and a smaller integration volume, and it can easily be used with spinning projectiles.
  • the integration of the supporting surfaces (brake flaps) on the projectile body - in particular distributed around the circumference - represents a significantly simplified solution compared to the complex canard system.
  • the projectile contains a control unit which has a controlling effect on the actuating unit.
  • the control unit is set up to change the course depending on a desired course correction of the projectile by controlling/acting on the setting unit. For example, for a course correction in a direction transverse to the trajectory, the setting angles pointing in this direction are increased in the case of rear-side setting surfaces, so that the setting surfaces swirling past this circumferential position pivot radially outwards. On the opposite side, the setting angles are reduced, so that the setting surfaces swirling past this opposite circumferential position pivot radially inward. Assuming footprints, the tail unit is attached to the rear of the projectile.
  • the course and the cyclic alignment of the positioning surfaces corresponds approximately to the pivoting of a twin tail unit to the desired direction of the course change.
  • swinging out all distributed shelves radially, e.g. B. achieve a braking effect on the projectile.
  • the yaw and pitch angles of the projectile can be influenced by swinging it out on one side and swinging it back in on both sides.
  • the projectile has a plurality of at least or exactly two positioning surfaces distributed around the longitudinal axis over the circumference of the projectile.
  • an already differentiated steering of the ammunition can be distributed over the circumference, e.g. B. reach in yaw and pitch direction. By increasing the number of parking spaces, the steering can be made more precise / fine-tuned accordingly.
  • At least two, in particular several, in particular all of the positioning surfaces are connected to the positioning unit via the articulation, i. H. articulated by the actuator.
  • the positioning unit can also contain a number of sub-positioning units, each of which articulates a certain number of positioning surfaces. A particularly good or complete control of the projectile can be achieved in this way.
  • the course is the same for all positioning surfaces articulated by the positioning unit.
  • “Same” here means with regard to the shape of the course and phase/angle in the circumferential direction about the longitudinal axis. i.e. all shelves run through (out of phase in the circumferential direction about the longitudinal axis) the same course of their respective pivot angle.
  • a kind of "band” of shelves is formed, with the band shape being constant and being traversed by all articulated shelves in the same cyclical phase-shifted manner. This leads to a particularly effective steering of the projectile.
  • At least one, in particular several or all, of the positioning surfaces on the casing is mounted so as to be pivotable around the pivot axis only, ie only.
  • the pivoting movement about the pivot axis is therefore the only degree of freedom of the footprint relative to the shell. This leads to a particularly simple articulation of the shelves.
  • At least one, in particular several or all, of the pivot axes runs transversely to the longitudinal axis.
  • Positioning surfaces adjoining the swivel axis counter to the direction of flight therefore form rudder and/or elevator for the projectile, depending on the circumferential position at which they are currently located during spin and how they are currently deflected (pivot angle).
  • all pivot axes lie in the same plane, in particular a transverse plane to the longitudinal axis.
  • all pivot axes have the same perpendicular distance to the longitudinal axis.
  • At least one of the pivot axes is spaced at least 90% of the caliper radius from the longitudinal axis, i. H. the pivot axis is at a perpendicular distance from the longitudinal axis that is at least 90% of the caliber radius.
  • the pivot axes are located in the outer edge area of the projectile. This embodiment is particularly useful in combination with the above-mentioned embodiment of pivot axes running transversely to the longitudinal axis. This results in a placement area arrangement that is particularly suitable for guiding the projectile.
  • the actuating unit contains a torsionally decoupled carrier.
  • the carrier thus moves in flight in a translatory, non-rotating manner, i.e. without spin, with the projectile along the trajectory.
  • the setting unit then contains a course element that predetermines the course—like the carrier too—that is twist-decoupled.
  • the position of the gradient element relative to the carrier is adjustable.
  • the actuating unit contains an articulation element which is rotatably mounted relative to the carrier and twists with the sleeve, which means that it has the same twist as the sleeve.
  • the articulation element is in relation to a change of position with the extension element motion coupled.
  • a change in the position of the course element thus inevitably leads to a change in the position of the articulation element.
  • the articulation element is in turn connected to the shelves via the steering.
  • a change in the position of the articulation element leads to a change in the progression of the pivoting angle of the shelves.
  • the articulation element maps the current position of the profile element to the profile of the pivoting angle of the articulated positioning surfaces.
  • the actuating unit also contains—like the carrier—twist-decoupled actuator arrangement. This is arranged in particular in a fixed manner relative to the carrier, in particular firmly on the carrier.
  • the actuator arrangement is set up to set the position of the profile element relative to the carrier in a predetermined manner.
  • these are mounted within the shell in particular so as to rotate about the longitudinal axis.
  • the corresponding parts “twist” rotate) with opposite or counter-twist relative to or within the shell.
  • An action on the setting unit for course correction can thus be achieved as follows:
  • the actuator arrangement is actuated in a predeterminable manner: A desired course of the swivel angle is then established via the above-mentioned movement coupling.
  • the course element is formed by a first ring (thus decoupled from twisting) and the articulation element by a second ring (thus having the twist) of a swash plate.
  • the two rings are kinetically coupled to each other by a rotating bearing with a single degree of freedom (sole rotation). Apart from the single degree of freedom, every change in position of the first ring results in an inevitable change in position of the second ring.
  • the course element and the articulation element together form a swash plate.
  • the rings are constructed in particular concentrically, with the first ring being located radially on the inside and the second ring being located radially on the outside.
  • the setting of the course of the adjusting elements corresponds in principle to the setting of the angle of attack of rotor blades of a helicopter, in which case the axes of rotation of such rotor blades would run radially perpendicular to the longitudinal axis, however, the pivot axes run transversely to the longitudinal axis, in particular tangentially to the circumferential direction of the longitudinal axis.
  • an established adjustment technique (swash plate) can be used for the shelves.
  • the carrier runs centrally in the shell along the longitudinal axis and the course element, in particular the swash plate, is concentrically axially displaceable and - with respect to an extension plane of the course element, z. B. the disk plane of the swash plate - tiltably mounted on the carrier.
  • the extension plane is perpendicular to the longitudinal axis at a specific axial position and can be moved axially back and forth from this zero position and tilted in any direction against the longitudinal axis within specific angular limits. This also essentially corresponds to a standard procedure when controlling a helicopter rotor.
  • the actuator arrangement contains three actuators distributed uniformly around the carrier in the circumferential direction, the basic structures of which are fastened to the carrier and the movable output ends of which are fastened to the running element (eg with a ball joint to compensate for tilting).
  • the actuators are in particular linear drives.
  • This enables the running element to be mounted on the carrier in a particularly simple manner, namely by means of a sliding guide on the carrier.
  • the axial mounting/guidance on the carrier is then accomplished simultaneously with a tilting relative to the carrier by the output ends.
  • the course element/the swash plate is mounted in a freely movable manner on the carrier in an axially displaceable manner.
  • the projectile is a projectile of medium caliber ammunition (intermediate caliber ammunition).
  • This has a caliber ("medium caliber") in the range between 20mm and 57mm.
  • the invention is based on the following findings, observations and considerations and also has the following embodiments.
  • the embodiments are sometimes also referred to as “the invention” for the sake of simplicity.
  • the embodiments can also contain parts or combinations of the above-mentioned embodiments or correspond to them and/or optionally also include embodiments that have not been mentioned before.
  • the invention is based on the desire to guide a projectile, in particular a medium-caliber ammunition.
  • the invention is based on the following observation: it is known from practice that the trajectory of projectiles can be modified by integrating canards in the projectile body.
  • the projectile body in order to be able to integrate the canards on the projectile, the projectile body must be sub-caliber, or the canards can only be folded out after leaving the gun barrel.
  • the canards are actuated by servomotors.
  • the integration of such a system is complex, expensive and requires a large integration volume.
  • the invention is based on the idea of directing spinning projectiles with the aid of shelves, in particular in the form of brake flaps.
  • the basic idea is to deflect shelves or brake flaps periodically (cyclically) - in particular via a swash plate - in order to correct the course of spinning projectiles.
  • the deflection in succession with the spin of rotating shelves is then practically spin-decoupled.
  • a plurality of positioning surfaces are distributed, which are connected to the projectile in an articulated manner (pivot axes).
  • a twist/roll decoupled correction unit adjustment unit
  • the actuators / actuators in the form of linear actuators change the position of the swashplate, whereby the rotating surfaces are periodically actuated with the projectile (development of the pivoting angle).
  • FIG 1 shows an ammunition 2 with an ammunition body 4 (projectile case, ...) only indicated by dashed lines and a projectile 6.
  • the ammunition 2 here has a medium caliber of 40 mm, ie it is a medium caliber ammunition.
  • the ammunition 2 and the projectile 6 extend along a central longitudinal axis 8 .
  • the projectile 6 has a casing 10 which also extends along the longitudinal axis 8 . If the ammunition is used as intended, the projectile 6 in the present case is fired from a barrel weapon (not shown). After being fired, it moves as intended on a flight in a flight direction 12 (represented by an arrow), with the longitudinal axis 8 coinciding with the flight direction 12 .
  • the projectile 6 is given a twist 14 (indicated by an arrow) about the longitudinal axis 8 as intended, seen here in the direction of flight 12 in the clockwise direction.
  • the casing 10 carries out the corresponding twisting movement, ie it has the twist 14 .
  • floor 6 has eight shelves 16a-h (see e.g. Figure 3a ) of those in figure 1 for the sake of clarity, only the shelves 16a, e are shown.
  • Each of the shelves 16a-h is mounted on the shell 10 via a pivot axis 18, so that the respective shelf 16a-h is mounted or pivotable relative to the shell 10 exclusively about the pivot axis 18.
  • the shelves 16a-h are distributed here evenly over the circumference of the projectile 6 around the longitudinal axis 8 (offset by 45° each).
  • the pivotability of the shelves 16a-h about the pivot axes 18 is their only degree of freedom for mobility relative to the shell 10, ie the shelves 16a-h are mounted on the shell 10 so that they can only pivot about the pivot axis 18.
  • each of the positioning surfaces 16a-h also has the twist 14 about the longitudinal axis 8 in flight.
  • Each of the placement areas 16a-h has a current pivoting angle WS about its respective pivoting axis 18 at any point in time.
  • All shelves 16a-h form - seen in the direction of flight 12 - a rear end 20 of the projectile 6. Together they form a rearward (opposite to the direction of flight 12) to the rest of the projectile 6 tail unit 22 for the projectile 6.
  • all pivot axes 18 run transversely to the longitudinal axis 8 in the same transverse plane 24 (in figure 1 indicated by dashed lines) to the longitudinal axis 8, have the same vertical distance A to the longitudinal axis 8 and each run tangentially to the circumferential direction around the longitudinal axis, i.e. to a circle 26 around the longitudinal axis 8 in the transverse plane 24 with a radius distance A (see Figure 3a below).
  • the distance A is 95% of a caliber radius R of the projectile 6, here the casing 10.
  • the projectile 6 contains a positioning unit 28.
  • the positioning unit 28 is set up to articulate all positioning surfaces 16a-h with regard to their respective current swivel angle WS, ie to set or define their respective current swivel angle WS.
  • the corresponding articulation 30 is realized here by eight articulation linkages for each of the placement areas 16a-h, of which only two are symbolically indicated here. All positioning surfaces 16a-h are therefore connected to the setting unit 28 via the articulation 30 here.
  • the setting unit 28 is also set up as follows: it sets a cyclic course 32 of the pivoting angle WS in the circumferential direction about the longitudinal axis 8 for each of the setting surfaces 16a-h.
  • FIG 2 serves for further explanation of this situation:
  • the course 32 is to be understood here in relation to a reference system moving purely translationally in the direction of flight 12 , which therefore does not spin with the projectile 6 , ie has no spin 14 .
  • the curve 32 is a function of the pivoting angle WS over the circumferential angle WU around the longitudinal axis 8.
  • the curve 32 or a corresponding curve is therefore "twist-decoupled”.
  • the course 32 can also be changed by the setting unit 28 . This is in figure 2 represented by the alternative courses 32' to 32′′′.
  • FIG 3 explains the effects of course 32 on floor 6 as an example.
  • Figure 3a-c shows the projectile 6 flying in the flight direction 12 at a specific point in time.
  • Figure 3a shows the rear view of the projectile 6 (the direction of flight 12 points into the plane of the drawing),
  • Figure 3b a planar cross section through the projectile 6 from above,
  • Figure 3c a vertical cross-section of the projectile 6 from the left.
  • the given directions refer to a real, exemplary flight situation over terrain.
  • the curve 32 of the swivel angle WS is set identically for all shelves 16a-h by the setting unit 28.
  • Figure 3d now shows the floor 6 at a later point in time, when this starting from Figure 3a-c is rotated by 45° around the longitudinal axis 8 following its twist 14 .
  • the curves 32 can be set as desired, provided this is within the scope of the technical possibilities of the control unit 28, as will be explained below.
  • the projectile 6 contains a control unit 34, here in the form of electronics. This acts on the setting unit 28, whereupon the latter adjusts corresponding curves 32.
  • the setting unit 28 is set up as follows to articulate the setting surfaces 16a-h and thus set the course 32:
  • the control unit contains a carrier 36 which is decoupled from the twist 14 .
  • the carrier 36 is therefore at rest negative "counter-spin". In the present case, this is achieved by a mounting 38 of the carrier 36 in the shell 10 , indicated here only symbolically by a ball bearing, which allows free rotation of the carrier 36 about the longitudinal axis 8 relative to the shell 10 .
  • the control unit 28 also contains a course element 40, which is also twist-decoupled from the shell 10, ie rests in accordance with the carrier 36, but whose position L relative to the carrier 36 is adjustable.
  • the actuating unit 28 also contains an articulation element 42 which is mounted to rotate about the longitudinal axis 8 relative to the carrier 36 with the twist 14 and is coupled in motion to the articulation element 42 with regard to a change in the position L.
  • the articulation element 42 is in turn connected to the positioning surfaces 16a-h via the articulation 30.
  • a change in the position L of the course element 40 also leads to a changed position of the articulation element 42 via the movement coupling, the latter position not being to be understood in the sense of the twist 14 as such. Rather, it is the position of the articulation element 42 rotating with the twist 14.
  • the changed position of the articulation element 42 in turn leads via the articulation 30 to other pivoting angles WS of the shelves 16a-h and thus to a changed profile 32 of the pivoting angle WS .
  • the actuating unit 28 also contains an actuator arrangement 44 which is in turn fixed to the carrier 36 and is therefore likewise torsionally decoupled. This is set up to set the position L of the profile element 40 in a predetermined manner.
  • the position L will be like this given that a desired course 32 is established via the movement coupling and articulation 30 described above.
  • the course element 40 is formed by a first inner ring 46 of a swash plate 48 .
  • the articulation element 42 is formed by a second outer ring 50 of the swash plate 48 .
  • the above-mentioned coupling of movements is brought about by the exclusively rotating mounting (symbolically indicated by a ball bearing, rotation is the only degree of freedom) of the outer ring 50 on the inner ring 46 .
  • the position L describes the axial position of the swash plate 48 on the carrier 36 and its tilting relative to the carrier 36.
  • the carrier 36 runs centrally in the casing 10 along the longitudinal axis 8 and is correspondingly mounted in this.
  • the swash plate 48 is mounted concentrically, axially displaceably and tiltably on the carrier 36 (indicated by pitch circles).
  • the actuator arrangement 44 contains three (in figure 1 only two of them are shown symbolically) actuators 52 in the form of linear actuators, which or whose basic structure 54 is firmly attached to the carrier 36.
  • the respective output ends 56 (movable with respect to the base structure 54) are fastened to the first ring 46 of the swash plate 48 (jointed due to tilting of the swash plate 48).
  • the actuators 52 can bring about the displacement of the swash plate 48 along the carrier 36 in the direction of the longitudinal axis 8, which increases or decreases the pivoting angle WS of all positioning surfaces 16a-h equally.
  • the actuators 52 can also tilt the first ring 46 and thus the entire swash plate 48 . This leads to a change in the pivot angle WS of the positioning surfaces 16a-h that varies in the circumferential direction and thus to their asymmetrical deflection and thus to a possible course correction of the projectile 6.

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Abstract

Ein Geschoss (6) enthält eine sich entlang einer Längsachse (8) erstreckende Hülle (10), die in Flugrichtung (12) einen Drall (14) um die Längsachse (8) aufweist, wenigstens eine Stellfläche (16a-h), die um eine Schwenkachse (18) relativ zur Hülle (10) schwenkbar gelagert ist, und eine Stelleinheit (28), die über eine Anlenkung (30) mit wenigstens einer der Stellflächen (16a-h) verbunden ist, und die die Stellflächen (16a-h) hinsichtlich Ihres jeweiligen aktuellen Schwenkwinkels (WS) anlenkt, und dabei für jede der angelenkten Stellflächen (16a-h) einen drallentkoppelten zyklischen Verlauf (32) des jeweils aktuellen Schwenkwinkels (WS) abhängig von einem Umfangswinkel (WU) in Umfangsrichtung um die Längsachse (8) einstellt, wobei der Verlauf (32) durch die Stelleinheit (28) veränderbar ist.Eine Munition (2) enthält das Geschoss (6).

Description

  • Die Erfindung betrifft die Lenkung drallender Geschosse bzw. entsprechende Munition mit solchen Geschossen. Ein solches Geschoss weist im Flug einen Drall um seine in Flugrichtung weisende Längsachse auf, ist also Drall-stabilisiert.
  • Aus der EP 3 667 226 A1 ist eine Steuereinrichtung für ein mittels einer Treibladung aus einem Geschützrohr abschießbares Geschoss mit mindestens einem Bremselement bekannt, das in einem Ruhezustand eine kleinere und in einem Bremszustand eine größere Bremskraft für das Geschoss entgegen der Flugrichtung aufweist, und mit einem Aktivierungsmodul für den Bremszustand bei Erfüllung eines Bremskriteriums. Eine Steuereinrichtung ist mit einem Grundkörper zum Geschoss zusammengebaut. Bei einem Verfahren zum Betreiben des Geschosses wird das Geschoss abgeschossen und mindestens ein Bremselement wird während des Fluges in den Bremszustand verbracht. Bei einem Verfahren zum Bekämpfen eines Zielobjekts wird das Geschoss mit erhöhter Elevation gegenüber einer Direktflugbahn auf das Zielobjekt abgeschossen, der Bremszustand wird aktiviert und das gebremste Geschoss wird nach unten auf das Zielobjekt abgelenkt. Die bekannte Lösung eignet sich sowohl für Drall-stabilisierte als auch für Flügel-stabilisierte Geschosse.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, Verbesserungen in Bezug auf die Lenkung drallender Geschosse vorzuschlagen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Geschoss gemäß Patentanspruch 1. Das Geschoss enthält eine Hülle. Der Begriff "Hülle" ist hier im Sinne eines Geschosskörpers weit zu verstehen und schließt nicht nur die tatsächliche Außenhülle des Geschosses ein, sondern ggf. auch andere, mit der Hülle drehfest bzw. drallfest verbundene, also ebenfalls den Drall aufweisende Strukturteile im Inneren oder am Geschoss, insbesondere in dessen Heckbereich. Die Hülle erstreckt sich entlang einer Längsachse des Geschosses. Die Hülle bzw. das gesamte Geschoss ist dazu eingerichtet, bei einem bestimmungsgemäßen Flug in einer Flugrichtung einen Drall um die Längsachse aufzuweisen, also drallend bzw. mit dem Drall um die Längsachse zu rotieren. "Bestimmungsgemäß" ist so zu verstehen, dass das Geschoss wie geplant bzw. beabsichtigt - z. B. aus einer Rohrwaffe - verschossen / gestartet wird und erwartungs- bzw. plangemäß durch die Luft fliegt. Es wird also der normale störungsfreie Betriebsfall des Geschosses betrachtet. Das drallende Geschoss weist nach dem Abfeuern / Start bei seinem Flug also einen Drall um seine in Flugrichtung weisende Längsachse auf, es rotiert also um diese Längsachse, ist also Drall-stabilisiert.
  • Das Geschoss enthält wenigstens eine Stellfläche. Die bzw. jede der Stellflächen ist an der Hülle schwenkbar gelagert. Aufgrund ihrer - wenn auch schwenkbaren - Lagerung an der Hülle weist auch die Stellfläche den selben Drall um die Längsachse wie die Hülle auf. Jede Stellfläche weist eine eigene, ihr zugehörige Schwenkachse auf. Insbesondere können Schwenkachsen auch parallel zueinander verlaufen oder zusammenfallen. Insbesondere sind jedoch alle Schwenkachsen voneinander verschieden, d. h. liegen allenfalls parallel zueinander, ansonsten schneiden sie sich oder verlaufen windschief zueinander. Insbesondere liegen alle Schwenkachsen in der selben Ebene, insbesondere quer zur Längsachse. Zu jedem Zeitpunkt weist jede der Stellflächen einen jeweils aktuellen Schwenkwinkel um die Schwenkachse, also relativ zur Hülle, auf.
  • Das Geschoss enthält eine Stelleinheit. Die Stelleinheit ist über eine Anlenkung mit wenigstens einer der Stellflächen verbunden. Die Stelleinheit lenkt also wenigstens eine der Stellflächen an, d. h. bewirkt deren Drehung um die Schwenkachse (Veränderung des aktuellen Schwenkwinkels) oder hält die Stellfläche in einem bestimmten aktuellen Schwenkwinkel. Mit anderen Worten gibt die Stelleinheit den betreffenden aktuellen Stellwinkel der Stellfläche vor bzw. stellt diesen ein, verändert diesen oder hält diesen fest. Es existiert also eine Anlenkung bzw. eine Anlenkstruktur zwischen Stelleinheit und Stellfläche, z. B. in Form eines Anlenkgestänges, -getriebes, -zuges usw.
  • Die Stelleinheit ist dazu eingerichtet, für jede der von ihr angelenkten Stellflächen einen drallentkoppelten zyklischen Verlauf des jeweils aktuellen Stellwinkels in Umfangsrichtung in Abhängigkeit von einem Umfangswinkel um die Längsachse einzustellen, wobei der Verlauf durch die Stelleinheit veränderbar ist. Der Verlauf ist also der (zeitliche) Verlauf des aktuellen Wertes des Stellwinkels beim Drall der Stellfläche um die Längsachse, also in Abhängigkeit eines jeweils aktuellen Umfangswinkels um die Längsachse, an der sich die betreffende Stellfläche gerade befindet.
  • Das Geschoss führt neben seinem Drall um die Längsachse bzw. Flugbahn auch eine rein translatorische Bewegung entlang der Flugbahn aus. Der Verlauf ist also eine bezüglich der Flugbahn des Geschosses (in Richtung der Längsachse) drallentkoppelte konstante Form, die eben nicht um die Längsachse drallt. Mit anderen Worten weist die Form des Verlaufs - im Bezugssystem der Hülle gesehen - eine Rotation in Gegenrichtung zum Drall, also einen betragsmäßig dem Drall entsprechenden Gegen-Drall bzw. entgegengesetzten Drall auf. Die Änderung des Verlaufs führt zu einer Änderung / Transformation dieser nicht um die Längsachse drallenden Form. Zu jedem Zeitpunkt des Fluges des Geschosses ergibt sich also eine Konfiguration von Stellflächen, die in drallfester Umfangsrichtung um die Längsachse dem Verlauf entspricht, wobei die einzelnen Individuen der Stellflächen, die dieser Form folgen, drallend in Umfangsrichtung - quasi durch den Verlauf hindurch - zyklisch rotieren.
  • Bei einer drallenden Umdrehung der Stellfläche um die Längsachse verlaufen die Stellwinkel also winkelabhängig vom Umfangswinkel. Dabei kann der Verlauf ein konstanter Verlauf (unveränderter, konstanter Schwenkwinkel für alle Umfangswinkel zwischen 0° und 360° um die Längsachse) sein oder ein sich stetig verändernder Verlauf sein. "Zyklisch" heißt, dass die Drehwinkel bei den Umfangswinkeln 0° und 360° identisch sind, Sprünge der Stellwinkel im Verlauf sind nicht möglich. Insbesondere ist der Verlauf stetig differenzierbar, weist also auch keine Knicke auf.
  • Der Verlauf, also die Abfolge der Drehwinkel in Umfangsrichtung ist jedoch veränderbar. D. h., es können unterschiedliche Verläufe von Drehwinkeln um die Längsachse eingestellt werden. Mit anderen Worten ist eine Verlaufskurve des Drehwinkels zwischen 0° und 360° Umfangswinkel für jede von der Stelleinheit angelenkte Stellfläche veränderbar.
  • Insbesondere sind die Verläufe für zwei oder mehr, insbesondere alle Stellflächen gleich hinsichtlich Verlauf und Phasenlage um die Längsachse. Bei ihrer Rotation um die Längsachse mit dem Drall weisen also diese Stellflächen phasengleich (bezogen auf den Umfangswinkel im nicht drallenden Koordinatensystem) den selben Verlauf von Schwenkwinkeln auf. Der Verlauf bildet also die Stellwinkel aller angelenkten Stellelemente über dem Umfangswinkel ab.
  • Der Verlauf ist insbesondere eine Konstante (Gerade) oder eine sinusförmige Kurve über dem Stellwinkel (ggf. verschoben und/oder skaliert zu einem Nullwert).
  • Je nach Schwenkwinkel übt eine Stellfläche im Flug des Geschosses eine aerodynamische Kraft auf das Geschoss aus. Betrag und Richtung der Kraft sind vom Schwenkwinkel abhängig. Durch die Synchronisation dieser Effekte unterschiedlicher Stellflächen in Umfangsrichtung gemäß einer nicht drallenden Vorgabe (Verlauf) in Umfangsrichtung um das Geschoss ergibt sich eine Summation der entsprechenden Effekte immer an der gleichen Umfangsposition / Umfangswinkel. So kann eine bewusste Beeinflussung / Kurskorrektur der Flugbahn des Geschosses in eine bestimmte nicht dem Drall unterliegende Richtung erfolgen trotz drallender Stellflächen Es kann eine Lenkung des Geschosses erfolgen. Durch Änderung des Verlaufs ist die Beeinflussung / Kurskorrektur veränderlich und das Geschoss lenkbar.
  • Gemäß der Erfindung erfolgt also die Lenkung des Geschosses nicht wie bei einem Canardsystem durch die Aktuation von Flügelchen, sondern durch den Ausschlag (Schwenkbewegung) von am Geschoss - insbesondere umlaufend verteilten - Stellflächen, insbesondere in Form von Bremsklappen. Es ergibt sich eine einfachere Aktuierung im Vergleich zur Ansteuerung mehrerer Canards sowie ein geringeres Integrationsvolumen, der Einsatz bei drallenden Geschossen ist einfach möglich. Die Integration der - insbesondere umlaufend verteilten - Stellflächen (Bremsklappen) am Geschosskörper stellt im Vergleich zum komplexen Canardsystem eine wesentlich vereinfachte Lösung dar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Geschoss eine Steuereinheit, die auf die Stelleinheit steuernd einwirkt. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, durch Ansteuerung der / Einwirken auf die Stelleinheit den Verlauf in Abhängigkeit einer gewünschten Kurskorrektur des Geschosses zu verändern. Z. B. wird zu einer Kurskorrektur in einer Richtung quer zur Flugbahn die in diese Richtung weisenden Stellwinkel bei heckseitigen Stellflächen vergrößert, so dass die an dieser Umfangsposition vorbeidrallenden Stellflächen radial nach außen schwenken. An der gegenüberliegenden Seite werden die Stellwinkel verkleinert, so dass die an dieser gegenüberliegenden Umfangsposition vorbeidrallenden Stellflächen radial einwärts schwenken. Von Stellflächen ausgegangen, des Leitwerks am Heck des Geschosses angebracht sind. Im Ergebnis entspricht der Verlauf und die zyklische Ausrichtung der Stellflächen etwa dem Verschwenken eines Doppelleitwerks zur gewünschten Richtung der Kursänderung hin. Durch ein radiales Ausschwenken aller verteilter Stellflächen lässt sich z. B. ein Bremseffekt am Geschoss erreichen. Durch ein nur einseitiges Ausschwenken und gegenseitiges Einschwenken lassen sich Gier- und Nickwinkel des Geschosses beeinflussen.
  • Die gewünschte Kurskorrektur erhält die Steuereinrichtung z. B. von innerhalb des Geschosses anhand einer Flugbahnsensorik / -steuerung und/oder von außerhalb, z. B. durch den Empfang von Lenkkommandos. Die Kommandierung dieser Korrektur erfolgt also insbesondere durch einen im Geschoss integriertem Sensor, welcher ein Führungssignal auffasst z. B. Laserlenkfeld.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Geschoss eine Mehrzahl von wenigsten oder auch genau zwei über den Umfang des Geschosses um die Längsachse verteilten Stellflächen auf. Insbesondere sind wenigstens oder genau drei oder vier oder fünf oder sechs oder sieben oder acht oder neun oder zehn oder elf oder zwölf Stellflächen vorhanden. Durch eine Anzahl von mindestens zwei Stellflächen lässt sich über den Umfang verteilt eine bereits differenzierte Lenkung der Munition z. B. in Gier- und Nickrichtung erreichen. Durch eine Vergrößerung der Anzahl von Stellflächen lässt sich die Lenkung entsprechend präzisieren / feiner abstimmen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei, insbesondere mehrere, insbesondere alle der Stellflächen über die Anlenkung mit der Stelleinheit verbunden, d. h. von der Stelleinheit angelenkt. Dabei kann die Stelleinheit auch mehrere Teil-Stelleinheiten enthalten, die jeweils eine bestimmte Anzahl von Stellflächen anlenken. So lässt sich eine besonders gute bzw. vollständige Steuerung des Geschosses erreichen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verlauf für alle von der Stelleinheit angelenkten Stellflächen gleich. "Gleich" bedeutet hier, hinsichtlich Form des Verlaufs und Phase / Winkel in Umfangsrichtung um die Längsachse. D. h. alle Stellflächen durchlaufen (phasenversetzt in Umfangsrichtung um die Längsachse) den selben Verlauf ihrer jeweiligen Schwenkwinkel. So bildet sich eine Art "Band" aus Stellflächen, wobei die Bandform konstant ist und von allen angelenkten Stellflächen gleichermaßen zyklisch phasenversetzt durchlaufen wird. Dies führt zu einer besonders effektiven Lenkung des Geschosses. Neben den von der Stelleinheit angelenkten Stellflächen können auch weitere Stellflächen am Geschoss existieren. Insbesondere sind jedoch alle Stellflächen von der Stelleinheit angelenkt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine, insbesondere mehrere oder alle, der Stellflächen an der Hülle ausschließlich, d. h. einzig um die Schwenkachse schwenkbar beweglich gelagert. Die Schwenkbewegung um die Schwenkachse ist also der einzige Freiheitsgrad der Stellfläche bezüglich der Hülle. Dies führt zu einer besonders einfachen Anlenkung der Stellflächen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform bildet wenigsten eine, insbesondere mehrere oder alle, der Stellflächen ein bezüglich der Flugrichtung rückwärtiges Ende des Geschosses. Das Geschoss endet also entgegen der Flugrichtung mit den Stellflächen. Insbesondere endet das restliche Geschoss an derjenigen Längsposition, an der die Stellflächen beginnen und die Schwenkachsen sitzen. Damit bilden die Stellflächen einen Teil oder ein gesamtes sich rückwärtig an das restliche Geschoss anschließendes Leitwerk für das bzw. des Geschosses.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft wenigstens eine, insbesondere mehrere oder alle, der Schwenkachsen quer zur Längsachse. Entgegen der Flugrichtung an die Schwenkachse anschließende Stellflächen bilden daher Seiten- und / oder Höhen-Leitwerke für das Geschoss, je nachdem an welcher Umfangsposition sie sich aktuell während des Drallens befinden und wie sie aktuell ausgelenkt sind (Schwenkwinkel). Insbesondere liegen alle Schwenkachsen in der selben Ebene, insbesondere einer Querebene zur Längsachse. Insbesondere weisen alle Schwenkachsen den selben lotrechten Abstand zur Längsachse auf.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine der Schwenkachsen um mindestens 90% des Kaliberradius zur Längsachse beabstandet, d. h. die Schwenkachse weist einen lotrechten Abstand zur Längsachse auf, der mindestens 90% des Kaliberradius beträgt. In Radialrichtung finden sich also die Schwenkachsen im äußeren Randbereich des Geschosses. Diese Ausführungsform bietet sich insbesondere in Kombination mit der oben genannten Ausführungsform von quer zur Längsachse verlaufenden Schwenkachsen an. Hieraus folgt eine zur Lenkung des Geschosses besonders geeignete Stellflächenanordnung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Stelleinheit einen drallentkoppelten Träger. Der Träger bewegt sich also im Flug translatorischen, nicht rotierend, also ohne Drall, mit dem Geschoss entlang der Flugbahn. Die Stelleinheit enthält dann ein den Verlauf vorgebendes - wie der Träger ebenfalls - drallentkoppeltes Verlaufselement. Die relative Lage des Verlaufselements zum Träger ist verstellbar. Die Stelleinheit enthält ein relativ zum Träger rotierend gelagertes, mit der Hülle mitdrallendes, Anlenkelement, das also wie die Hülle den selben Drall aufweist. Das Anlenkelement ist hinsichtlich einer Veränderung der Lage mit dem Verlaufselement bewegungsgekoppelt. Eine Veränderung der Lage des Verlaufselements führt also zwangsweise zu einer Veränderung der Lage des Anlenkelements. Das Anlenkelement ist wiederum über die an Lenkung mit den Stellflächen verbunden. Eine Veränderung der Lage des Anlenkelement führt als zu einer Veränderung des Verlaufs der Schwenkwinkel der Stellflächen. Das Anlenkelement bildet also mit anderen Worten die aktuelle Lage des Verlaufselements auf den Verlauf der Schwenkwinkel der angelenkten Stellflächen ab.
  • Die Stelleinheit enthält außerdem eine - wie der Träger - drallentkoppelte Aktoranordnung. Diese ist insbesondere fest relativ zum Träger, insbesondere fest am Träger, angeordnet. Die Aktoranordnung ist dazu eingerichtet, die Lage des Verlaufselements relativ zum Träger vorgebbar einzustellen. Zum Erreichen der jeweiligen Drallentkopplung zwischen Hülle und Träger / Verlaufselement / Aktor sind diese insbesondere um die Längsachse rotierend innerhalb der Hülle gelagert. Für den Betriebsfall, dass die Hülle also einen bestimmten Drall aufweist, "drallen" (rotieren) die entsprechenden Teile also mit entgegengesetztem bzw. Gegen-Drall relativ zur bzw. innerhalb der Hülle. Ein Einwirken auf die Stelleinheit zur Kurskorrektur kann also wie folgt erreicht werden: Es erfolgt eine vorgebbare Ansteuerung der Aktoranordnung: Über die oben genannte Bewegungskopplung stellt sich dann ein gewünschter Verlauf der Schwenkwinkel ein.
  • So lässt sich auf technisch einfache Weise eine entsprechende Einstellung des Verlaufs der Schwenkwinkel am Geschoss realisieren,
  • in einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist das Verlaufselement durch einen (damit drallentkoppelten) ersten Ring, und das Anlenkelement durch einen (damit den Drall aufweisenden) zweiten Ring einer Taumelscheibe gebildet. Die beiden Ringe sind durch eine rotierende Lagerung mit einem einzigen Freiheitsgrad (alleinige Rotation) aneinander bewegungsgekoppelt. Abgesehen von dem einzigen Freiheitsgrad bewirkt als jede Lageänderung des ersten Ringes eine zwangsläufige Lageänderung des zweiten Ringes. Verlaufselement und Anlenkelement zusammen bilden also eine Taumelscheibe. Die Ringe sind insbesondere konzentrisch aufgebaut, wobei sich der erste Ring radial innen, der zweite Ring radial außen befindet. Die Einstellung des Verlaufs der Stellelemente entspricht damit prinzipiell der Einstellung der Anstellwinkel von Rotorblättern eines Hubschraubers, wobei insbesondere die Drehachsen solcher Rotorblätter radial senkrecht zur Längsachse verlaufen würden, die Schwenkachsen jedoch quer zur Längsachse, insbesondere tangential zur Umfangsrichtung der Längsachse verlaufen.
  • Somit kann seitens der Erfindung sinngemäß auf eine etablierte Verstelltechnik (Taumelscheibe) für die Stellflächen zurückgegriffen werden.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform verläuft der Träger mittig in der Hülle entlang der Längsachse und das Verlaufselement, insbesondere die Taumelscheibe, ist konzentrisch axial verschiebbar und - bezüglich einer Erstreckungsebene des Verlaufselements, z. B. der Scheibenebene der Taumelscheibe - kippbar auf dem Träger gelagert. Insbesondere steht in einer Null-Lage die Erstreckungsebene senkrecht auf der Längsachse an einer bestimmten Axialposition und kann aus dieser Null-Lage heraus axial vor- und zurück bewegt sowie in einer beliebigen Richtung gegen die Längsachse in bestimmten Winkelgrenzen verkippt werden. Auch dies entspricht im Wesentlichen einer üblichen Vorgehensweise bei einer Ansteuerung eines Hubschrauberrotors.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält die Aktoranordnung drei in Umfangsrichtung um den Träger gleichmäßig verteilte Aktoren, deren Grundstrukturen am Träger befestigt sind und deren bewegliche Abtriebsenden am Verlaufselement (z. B. kugelgelenkig, um Verkippungen auszugleichen) befestigt sind. Die Aktoren sind insbesondere Linearantriebe. Dies ermöglicht eine besonders einfache Lagerung des Verlaufselements auf dem Träger, nämlich durch eine Gleitführung auf dem Träger. Die axiale Halterung / Führung auf dem Träger wird dann gleichzeitig mit einer Verkippung relativ zum Träger durch die Abtriebsenden bewerkstelligt. Dabei ist insbesondere das Verlaufselement / die Taumelscheibe frei beweglich auf dem Träger axial verschiebbar gelagert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Geschoss ein Geschoss einer Munition mit Mittelkaliber (Mittelkalibermunition). Diese weist ein Kaliber ("Mittelkaliber") etwa im Bereich zwischen 20mm bis 57mm auf. Durch die Erfindung kann eine derartige Munition bzw. ein entsprechend dimensionierte Geschoss besonders einfach lenkfähig gemacht werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird daher auch gelöst durch eine Munition gemäß Patentanspruch 15, die ein erfindungsgemäßes Geschoss enthält.
  • Die Munition und zumindest ein Teil deren möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Geschoss erläutert.
  • Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden Ausführungsformen auf. Die Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch "die Erfindung" genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.
  • Die Erfindung beruht auf dem Wunsch der Lenkung eines Geschosses, insbesondere einer Mittelkalibermunition.
  • Die Erfindung beruht auf folgender Beobachtung: Aus der Praxis ist es bekannt, dass durch die Integration von Canards im Geschosskörper die Flugbahn bei Geschossen modifiziert werden kann. Um die Canards am Geschoss integrieren zu können, muss der Geschosskörper allerdings unterkalibrig sein, oder die Canards können erst nach Verlassen des Waffenrohres ausgeklappt werden. Die Canards werden durch Stellmotoren aktuiert. Die Integration eines solchen Systems ist komplex, kostenintensiv und bedarf eines großen Integrationsvolumens.
  • Die Erfindung beruht auf der Idee der Lenkung drallender Geschosse mit Hilfe von Stellflächen, insbesondere in Form von Bremsklappen.
  • Grundidee ist es, Stellflächen bzw. Bremsklappen - insbesondere über eine Taumelscheibe - periodisch (zyklisch umlaufend) auszuschlagen, um an drallenden Geschossen eine Kurskorrektur vorzunehmen. Der Ausschlag aufeinanderfolgend mit dem Drall rotierender Stellflächen erfolgt dann praktisch drallentkoppelt.
  • Gemäß der Erfindung sind zur Lenkung eines drallenden Geschosses insbesondere über dem Umfang (bezüglich der Längsachse) mehrere Stellflächen verteilt, welche gelenkig (Schwenkachsen) an das Geschoss angebunden sind. Im Geschoss befindet sich eine drall- / rollentkoppelte Korrektureinheit (Stelleinheit). Diese beinhaltet die notwendige Lenkelektronik (Steuereinheit), drei Aktuatoren (Aktoren) und eine Taumelscheibe bestehend aus einem stehenden (erster Ring) und einem rotierenden Teil (zweiter Ring). Die Aktuatoren / Aktoren in Form von linearen Stellantrieben verändern die Lage der Taumelscheibe, wodurch die mit dem Geschoss rotierenden Stellflächen periodisch aktuiert werden (Verlauf der Schwenkwinkel). Im raumfesten Bezugssystem (translatorisch auf der Flugbahn, ohne Drall) ergibt sich dadurch eine konstante Auslenk-Richtung der Stellflächen, wodurch aerodynamische Kräfte auf das Geschoss wirken, welche zu einer Anstellung des Geschosskörpers (Hülle) führen. Hierdurch wird die Bahnkorrektur in die vorgegebene Richtung (gewünschte Kurskorrektur) erzielt.
  • Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
    • Figur 1
    eine Munition mit einem Geschoss im Längsschnitt,
    Figur 2
    verschiedene Verläufe der Schwenkwinkel von Stellflächen des Geschosses aus Figur 1 bei einer Umdrehung des Geschosses um die Längsachse.
    Figur 3a
    das Geschoss aus Figur 1 während seines Fluges bei einer Kurskorrektur in Heckansicht,
    Figur 3b
    im horizontalen Querschnitt von oben, und
    Figur 3c
    im seitlichem Querschnitt von links,
    Figur 3d
    das Geschoss gemäß Figur 3a zu einem späteren Zeitpunkt.
  • Figur 1 zeigt eine Munition 2 mit einem gestrichelt nur angedeuteten Munitionskörper 4 (Geschosshülse, ...) sowie einem Geschoss 6. Die Munition 2 weist vorliegend ein Mittelkaliber von 40mm auf, ist also eine Mittelkalibermunition. Die Munition 2 sowie das Geschoss 6 erstrecken sich entlang einer zentralen Längsachse 8. Das Geschoss 6 weist eine sich ebenfalls entlang der Längsachse 8 erstreckende Hülle 10 auf. Bei einer bestimmungsgemäßen Nutzung der Munition wird das Geschoss 6 vorliegend aus einer nicht dargestellten Rohrwaffe verschossen. Nach dem Abschuss bewegt es sich bestimmungsgemäß auf einem Flug in einer Flugrichtung 12 (durch Pfeil dargestellt), wobei die Längsachse 8 mit der Flugrichtung 12 zusammenfällt. Beim Abschuss wird dem Geschoss 6 dabei bestimmungsgemäß ein Drall 14 (angedeutet durch einen Pfeil) um die Längsachse 8 verliehen, hier in Flugrichtung 12 gesehen im Uhrzeigersinn. Unter anderem die Hülle 10 führt die entsprechende Drallbewegung aus, weist also den Drall 14 auf.
  • Das Geschoss 6 weist im Beispiel acht Stellflächen 16a-h auf (siehe z. B. Figur 3a) von denen in Figur 1 der Übersichtlichkeit halber nur die Stellflächen 16a,e dargestellt sind. Jede der Stellflächen 16a-h ist über eine Schwenkachse 18 an der Hülle 10 gelagert, sodass die jeweilige Stellfläche 16a-h ausschließlich um die Schwenkachse 18 relativ zur Hülle 10 schwenkbar gelagert bzw. verschwenkbar ist. Die Stellflächen 16a-h sind hier gleichmäßig über den Umfang des Geschosses 6 um die Längsachse 8 verteilt (Versatz um je 45°). Die Schwenkbarkeit der Stellflächen 16a-h um die Schwenkachsen 18 ist deren jeweils einziger Freiheitsgrad für eine Beweglichkeit relativ zur Hülle 10, d. h. die Stellflächen 16a-h sind an der Hülle 10 ausschließlich um die Schwenkachse 18 schwenkbar beweglich gelagert.
  • Aufgrund der Lagerung an der Hülle 10 weist auch jede der Stellflächen 16a-h im Flug den Drall 14 um die Längsachse 8 auf. Jede der Stellflächen 16a-h weist zu jedem Zeitpunkt einen aktuellen Schwenkwinkel WS um seine jeweilige Schwenkachse 18 auf. Der Schwenkwinkel WS ist vorliegend wie folgt definiert: Ein Schwenkwinkel von WS=0° entspricht einer Ausrichtung der Stellfläche 16a-h entgegen der Flugrichtung 12 parallel zur Längsachse 8, in Figur 1 durch eine gestrichelte Linie symbolisiert. Ein radial einwärtiges Einschwenken der Stellflächen 16a-h entspricht negativen, ein radial auswärtiges Ausschwenken positiven Schwenkwinkeln WS, was Figur 1 durch die Symbole "+" und "-" angedeutet ist.
  • Alle Stellflächen 16a-h bilden - in Flugrichtung 12 gesehen - ein rückwärtiges Ende 20 des Geschosses 6. Damit bilden sie zusammen ein sich rückwärtig (entgegen der Flugrichtung 12) an das restliche Geschoss 6 anschließendes Leitwerk 22 für das bzw. des Geschosses 6.
  • Alle Schwenkachsen 18 verlaufen im Beispiel quer zur Längsachse 8 in einer selben Querebene 24 (in Figur 1 gestrichelt angedeutet) zur Längsachse 8, weisen den selben lotrechten Abstand A zur Längsachse 8 auf und verlaufen jeweils tangential zur Umfangsrichtung um die Längsachse, also zu einem Kreis 26 um die Längsachse 8 in der Querebene 24 mit Radius Abstand A (siehe Figur 3a unten). Der Abstand A beträgt vorliegend 95% eines Kaliberradius R des Geschosses 6, hier der Hülle 10.
  • Das Geschoss 6 enthält eine Stelleinheit 28. Die Stelleinheit 28 ist dazu eingerichtet, alle Stellflächen 16a-h hinsichtlich ihres jeweils aktuellen Schwenkwinkels WS anzulenken, also deren jeweils aktuellen Schwenkwinkel WS einzustellen bzw. festzulegen. Die entsprechende Anlenkung 30 ist vorliegend durch acht Anlenk-Gestänge zu jeder der Stellflächen 16a-h realisiert, von denen hier nur zwei symbolisch angedeutet sind. Alle Stellflächen 16a-h sind also hier über die Anlenkung 30 mit der Stelleinheit 28 verbunden.
  • Die Stelleinheit 28 ist weiterhin wie folgt eingerichtet: Sie stellt für jede der Stellflächen 16a-h einen zyklischen Verlauf 32 des Schwenkwinkels WS in Umfangsrichtung um die Längsachse 8 ein.
  • Figur 2 dient zur weiteren Erläuterung dieses Sachverhalts: Der Verlauf 32 ist hierbei in Bezug auf ein sich rein translatorisch in Flugrichtung 12 bewegendes Bezugssystem zu verstehen, welches also nicht mit dem Geschoss 6 mitdrallt, d. h. keinen Drall 14 aufweist. Insofern ist der Verlauf 32 eine Funktion des Schwenkwinkels WS über dem Umfangswinkel WU um die Längsachse 8. Der Verlauf 32 bzw. eine entsprechende Kurve ist also "drallentkoppelt". Der Verlauf 32 ist außerdem durch die Stelleinheit 28 veränderbar. Dies ist in Figur 2 durch die alternativen Verläufe 32' bis 32‴ dargestellt.
  • Figur 3 erläutert beispielhaft die Auswirkungen des Verlaufs 32 am Geschoss 6. Figur 3a-c zeigt das Geschoss 6 beim Flug in Flugrichtung 12 zu einem bestimmten Zeitpunkt. Figur 3a zeigt die Rückansicht des Geschosses 6 (die Flugrichtung 12 zeigt in die Blattebene hinein), Figur 3b einen ebenen Querschnitt durch das Geschoss 6 von oben, Figur 3c einen senkrechten Querschnitt des Geschosses 6 von links. Die angegebenen Richtungen beziehen sich auf eine reale beispielhafte Flugsituation über einem Gelände. Zum gewählten Zeitpunkt befindet sich das Geschoss 6 beispielhaft bezüglich seines Dralls 14 in einer Lage, bei der sich die Stellfläche 16a "oben", nämlich beim Umfangswinkel WU=0° um die Längsachse 8 befindet. Der Verlauf 32 der Schwenkwinkel WS ist für alle Stellflächen 16a-h durch die Stelleinheit 28 identisch eingestellt. Hinsichtlich des oben genannten drallentkoppelten Bezugssystems befindet sich daher die Stellfläche 16a am Umfangswinkel WU=0° um die Längsachse 8. Deren aktueller Schwenkwinkel WS beträgt gemäß Verlauf 32 WS=0°. Die Stellfläche 16b befindet sich beim Umfangswinkel WU=45°, weshalb deren Schwenkwinkel WS=3° gemäß Verlauf 32 beträgt. Für die restlichen Stellflächen 16c-h ergeben sich daher folgende Umfangswinkel und Schwenkwinkel: 16c: WU=90°, WS= 5° / 16d: WU=135°, WS= 3° / 16e: WU=180°, WS= 0° / 16f: WU=225°, WS= -3° / 16g: WU=270°, WS= -5° / 16h: WU=315°, WS= -3°.
  • Anhand der Figuren 3a-c ist erkennbar, dass sich insgesamt für das Leitwerk 22 eine Stellung der Stellflächen 16a-h ergibt, die hier eine gewünschte Kurskorrektur KK des Geschosses 6 nach rechts bewirkt, angedeutet durch einen Pfeil.
  • Figur 3d zeigt nun das Geschoss 6 zu einem späteren Zeitpunkt, wenn dieses ausgehend von Figur 3a-c um 45° seinem Drall 14 folgend um die Längsachse 8 rotiert ist. Die Stellfläche 16a liegt nun beim Umfangswinkel WU=45° und weist daher gemäß dem nach wie vor unveränderten Verlauf 32 einen aktuellen Schwenkwinkel WS von WS=3° auf, die Stellfläche 16b befindet sich beim Umfangswinkel WU=90° mit dem aktuellen Schwenkwinkel WS=5° usw. Aufgrund der Drallentkopplung des Verlaufs 32 wird daher mit zwar verschiedenen Individuen der Stellflächen 16a-h - drallentkoppelt gesehen - nach wie vor am Geschoss 6 die immer noch gleiche Kurskorrektur KK nach rechts durchgeführt.
  • Die Einstellung eines alternativen Verlaufs 32' führt zu einer anderen zyklischen Auslenkung der Stellflächen 16a-h in Abhängigkeit des Umfangswinkels WU. So führt (gestrichelt angedeutet) der Verlauf 32' bei der Situation in Figur 3a dazu, dass die Stellfläche 16a mit Schwenkwinkel WS=-3°, die Stellflächen 16b und 16h mit Schwenkwinkel WS=-2°, die Stellfläche 16c und 16g mit Schwenkwinkeln WS=0°, die Stellflächen 16d und 16f mit Schwenkwinkeln von 2° und die Stellfläche 16e mit Schwenkwinkel WS=3° angelenkt werden. Dies führt zu einer Kurskorrektur KK' nach unten (gestrichelt in Figur 3a-cb angedeutet). Der Ausschlag der Stellflächen 16a-h ist jedoch verringert, die Kurskorrektur KK' fällt also geringer aus.
  • Die Einstellung eines alternativen Verlaufs 32" führt zu einer nochmals anderen zyklischen Auslenkung der Stellflächen 16a-h in Abhängigkeit des Umfangswinkels WU, nämlich einer konstanten Null-Auslenkdung WS=0° für alle Stellflächen 16a-h. Eine Kurskorrektur KK" ist hier Null, d. h. erfolgt hier im Ergebnis nicht.
  • Die Einstellung eines alternativen Verlaufs 32‴ führt zu einer nochmals anderen zyklischen Auslenkung der Stellflächen 16a-h in Abhängigkeit des Umfangswinkels WU, nämlich einer konstanten Auslenkung WS=10° für alle Stellflächen 16a-h, d. h. einer konstanten radialen Auswärtsspreizung. Eine Kurskorrektur KK‴ erfolgt hier in Form einer Abbremsung des Geschosses 6.
  • Die Verläufe 32 sind beliebig einstellbar, sofern dies im Rahmen der technischen Möglichkeiten der Stelleinheit 28 liegt, wie nachfolgend erläutert wird.
  • Zur Durchführung einer gewünschten Kurskorrektur KK enthält das Geschoss 6 eine Steuereinheit 34, hier in Form einer Elektronik. Diese wirkt auf die Stelleinheit 28 ein, woraufhin diese entsprechenden Verläufe 32 einstellt. Konkret ist die Stelleinheit 28 wie folgt dazu eingerichtet, die Stellflächen 16a-h anzulenken und so den Verlauf 32 einzustellen:
    Die Stelleinheit enthält einen Träger 36, der vom Drall 14 entkoppelt ist. Im oben erläuterten Bezugssystem des Geschosses 6, das sich translatorisch in Flugrichtung 12 bewegt, ruht also der Träger 36. In Bezug auf die Hülle 10 rotiert der Träger 36 in dieser also mit dem negativen bzw. entgegengesetzten Drall 14, also mit einem betragsmäßig gleichen aber negativen "Gegen-Drall". Dies wird vorliegend durch eine hier nur symbolisch durch ein Kugellager angedeutete Lagerung 38 des Träger 36 in der Hülle 10 erreicht, die eine freie Rotation des Träger 36 um die Längsachse 8 relativ zur Hülle 10 erlaubt.
  • Die Stelleinheit 28 enthält außerdem ein Verlaufselement 40, das ebenfalls zur Hülle 10 drallentkoppelt ist, also entsprechend dem Träger 36 ruht, dessen Lage L relativ zum Träger 36 jedoch verstellbar ist.
  • Die Stelleinheit 28 enthält außerdem ein Anlenkelement 42, das mit dem Drall 14 um die Längsachse 8 relativ zum Träger 36 rotierend gelagert ist und mit dem Anlenkelement 42 hinsichtlich einer Veränderung der Lage L bewegungsgekoppelt ist. Das Anlenkelement 42 ist wiederum über die Anlenkung 30 mit den Stellflächen 16a-h verbunden. Eine Veränderung der Lage L des Verlaufselements 40 führt also über die Bewegungskopplung auch zu einer veränderten Lage des Anlenkelements 42, wobei letztere Lage nicht im Sinne des Dralls 14 als solchem zu verstehen ist. Vielmehr handelt es sich hierbei um die Lage des an sich mit dem Drall 14 rotierenden Anlenkelements 42. Die veränderte Lage des Anlenkelements 42 wiederum führt über die Anlenkung 30 zu anderen Schwenkwinkeln WS der Stellflächen 16a-h und damit zu einem veränderten Verlauf 32 der Schwenkwinkel WS.
  • Die Stelleinheit 28 enthält außerdem eine wiederum zum Träger 36 fest angeordnete, also ebenfalls drallentkoppelte Aktoranordnung 44. Diese ist dazu eingerichtet, die Lage L des Verlaufselements 40 vorgebbar einzustellen. Die Lage L wird dabei so vorgegeben, dass sich über die oben beschriebene Bewegungskopplung und Anlenkung 30 ein gewünschter Verlauf 32 einstellt.
  • Vorliegend ist das Verlaufselement 40 durch einen ersten inneren Ring 46 einer Taumelscheibe 48 gebildet. Das Anlenkelement 42 ist durch einen zweiten äußeren Ring 50 der Taumelscheibe 48 gebildet. Die oben genannte Bewegungskopplung ist durch die ausschließlich rotierende Lagerung (symbolisch durch ein Kugellager angedeutet, Rotation ist einziger Freiheitsgrad) des äußeren Rings 50 auf dem inneren Ring 46 bewerkstelligt. Die Lage L beschreibt die axiale Position der Taumelscheibe 48 am Träger 36 sowie deren Verkippung zum Träger 36. Der Träger 36 verläuft mittig in der Hülle 10 entlang der Längsachse 8 bzw. ist in dieser entsprechend gelagert. Die Taumelscheibe 48 ist zur Veränderung der Lage L konzentrisch axial verschiebbar und kippbar auf dem Träger 36 gelagert (durch Teilkreise angedeutet).
  • Die Aktoranordnung 44 wiederum enthält drei gleichmäßig in Umfangsrichtung um den Träger 36 verteilt angeordnete (in Figur 1 sind nur zwei davon symbolisch dargestellt) Aktoren 52 in Form von Linearaktuatoren, die bzw. deren Grundstruktur 54 fest am Träger 36 befestigt ist. Die jeweiligen (zur Grundstruktur 54 beweglichen) Abtriebsenden 56 sind am ersten Ring 46 der Taumelscheibe 48 befestigt (gelenkig gelagert wegen Verkippung der Taumelscheibe 48).
  • So können die Aktoren 52 die Verschiebung der Taumelscheibe 48 entlang des Träger 36 in Richtung der Längsachse 8 bewirken, was die Schwenkwinkel WS aller Stellflächen 16a-h gleichermaßen erhöht oder erniedrigt. Die Aktoren 52 können auch die Verkippung des ersten Rings 46 und damit der gesamten Taumelscheibe 48 bewirken. Dies führt zu einer in Umfangsrichtung variierenden Veränderung der Schwenkwinkel WS der Stellflächen 16a-h und damit zu deren asymmetrischer Auslenkung und damit zu einer möglichen Kurskorrektur des Geschosses 6.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Munition
    4
    Munitionskörper
    6
    Geschoss
    8
    Längsachse
    10
    Hülle
    12
    Flugrichtung
    14
    Drall
    16a-h
    Stellfläche
    18
    Schwenkachse
    20
    Ende
    22
    Leitwerk
    24
    Querebene
    26
    Kreis
    28
    Stelleinheit
    30
    Anlenkung
    32
    Verlauf
    34
    Steuereinheit
    36
    Träger
    38
    Lagerung
    40
    Verlaufselement
    42
    Anlenkelement
    44
    Aktoranordnung
    46
    erster Ring
    48
    Taumelscheibe
    50
    zweiter Ring
    52
    Aktor
    54
    Grundstruktur
    56
    Abtriebsende
    WS
    Schwenkwinkel
    A
    Abstand
    R
    Kaliberradius
    WU
    Umfangswinkel
    KK
    Kurskorrektur
    L
    Lage

Claims (15)

  1. Geschoss (6), mit einer sich entlang einer Längsachse (8) erstreckenden Hülle (10), die dazu eingerichtet ist, bei einem bestimmungsgemäßen Flug in einer Flugrichtung (12) einen Drall (14) um die Längsachse (8) aufzuweisen,
    - mit wenigstens einer Stellfläche (16a-h), die mit der Hülle (10) mitdrallend um eine Schwenkachse (18) relativ zur Hülle (10) schwenkbar gelagert ist, wobei jede der Stellflächen (16a-h) einen jeweils aktuellen Schwenkwinkel (WS) um die Schwenkachse (18) aufweist,
    - mit einer Stelleinheit (28), die über eine Anlenkung (30) mit wenigstens einer der Stellflächen (16a-h) verbunden ist, und die dazu eingerichtet ist, die Stellflächen (16a-h) hinsichtlich Ihres jeweiligen aktuellen Schwenkwinkels (WS) anzulenken, und dabei für jede der angelenkten Stellflächen (16a-h) einen drallentkoppelten zyklischen Verlauf (32) des jeweils aktuellen Schwenkwinkels (WS) abhängig von einem Umfangswinkel (WU) in Umfangsrichtung um die Längsachse (8) einzustellen, wobei der Verlauf (32) durch die Stelleinheit (28) veränderbar ist.
  2. Geschoss nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Geschoss (6) eine auf die Stelleinheit (28) einwirkende Steuereinheit (34) enthält, die dazu eingerichtet ist, durch Einwirken auf die Stelleinheit (28) den Verlauf (32) in Abhängigkeit einer gewünschten Kurskorrektur (KK) des Geschosses (6) zu verändern.
  3. Geschoss (6) nach dem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Geschoss (6) eine Mehrzahl von wenigsten zwei über den Umfang des Geschosses (6) um die Längsachse (8) verteilten Stellflächen (16a-h) aufweist.
  4. Geschoss (6) nach dem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens zwei der Stellflächen (16a-h) über die Anlenkung (30) mit der Stelleinheit (28) verbunden sind.
  5. Geschoss (6) nach dem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Verlauf (32) für alle von der Stelleinheit (28) angelenkten Stellflächen (16a-h) gleich ist.
  6. Geschoss (6) nach dem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens eine der Stellflächen (16a-h) an der Hülle (10) ausschließlich um die Schwenkachse (18) schwenkbar beweglich gelagert ist.
  7. Geschoss (6) nach dem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigsten eine der Stellflächen (16a-h) ein bezüglich der Flugrichtung (12) rückwärtiges Ende (20) des Geschosses (6) bildet.
  8. Geschoss (6) nach dem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens eine der Schwenkachsen (18) quer zur Längsachse (8) verläuft.
  9. Geschoss (6) einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens eine der Schwenkachsen (18) einen lotrechten Abstand (A) von mindestens 90% eines Kaliberradius (R) des Geschosses (6) zur Längsachse (8) aufweist.
  10. Geschoss (6) einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stelleinheit (28) enthält:
    - einen drallentkoppelten Träger (36),
    - ein den Verlauf (32) vorgebendes drallentkoppeltes Verlaufselement (40), dessen Lage (L) relativ zum Träger (36) verstellbar ist,
    - ein relativ zum Träger (36) rotierend gelagertes, den Drall (14) aufweisendes, mit dem Verlaufselement (40) hinsichtlich einer Veränderung der Lage (L) bewegungsgekoppeltes Anlenkelement (42), das über die Anlenkung (30) mit den Stellflächen (16a-h) verbunden ist,
    - eine drallentkoppelte Aktoranordnung (44), die dazu eingerichtet ist, die Lage (L) des Verlaufselements (40) vorgebbar einzustellen.
  11. Geschoss (6) nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verlaufselement (40) durch einen ersten Ring (46), und das Anlenkelement (42) durch einen zweiten Ring (50) einer Taumelscheibe (48) gebildet ist, wobei die beiden Ringe (46,48) durch eine rotierende Lagerung aneinander bewegungsgekoppelt sind.
  12. Geschoss (6) nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Träger (36) mittig in der Hülle (10) entlang der Längsachse (8) verläuft und das Verlaufselement (40) konzentrisch axial verschiebbar und kippbar auf dem Träger (36) gelagert ist.
  13. Geschoss (6) nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aktoranordnung (44) drei in Umfangsrichtung um den Träger (36) gleichmäßig verteilte Aktoren (52) enthält, deren Grundstrukturen (54) am Träger befestigte sind und deren bewegliche Abtriebsenden (56) am Verlaufselement (40) befestigt sind.
  14. Geschoss (6) einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Geschoss (6) ein Geschoss (6) einer Munition (2) mit Mittelkaliber ist.
  15. Munition (2), mit einem Geschoss (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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