KR100410719B1

KR100410719B1 - 프로그램가능한발사체의분해시간을결정하는방법

Info

Publication number: KR100410719B1
Application number: KR1019960054800A
Authority: KR
Inventors: 보스 안드레
Original assignee: 오얼리콘 콘트라베스 아게
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 2004-05-06
Also published as: KR970070942A; DE59606025D1; TR199600939A1; NO312143B1; NO964756D0; CA2190386C; ATE197090T1; EP0802390B1; EP0802390A1; NO964756L; CA2190386A1; SG83657A1; AU716344B2; ZA969543B; JPH09280798A; AU7172896A; US5814755A; JP4008520B2

Abstract

본 발명은 프로그램가능한 발사체의 명중률을 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것으로, 발사체(18)의 분해점(Pz)과 표적상의 충돌점(Pf)사이의 예정된 최적 분해거리(Dz)가 발사체(18)의 분해시간(Tz)의 조정에 의해 일정하게 유지되어지게 된다. 상기한 조정은 조정인자를 추가함으로써 수행되어지는데, 이 조정인자는 분해시간(Tz)에 속도차를 곱한 것이다. 여기서 상기 속도차는 실제적으로 측정된 발사체속도와 발사체의 조준속도사이의 차이에 의해 형성되는데, 상기 조준속도는 이전의 성공적인 발사체의 속도들의 평균값으로 계산되어진다.

Description

프로그램가능한 발사체의 분해시간을 결정하는 방법{METHOD FOR DETERMINING THE DISAGGREGATION TIME, IN PARTICULAR OF A PROGRAMMABLE PROJECTILE}

본 발명은 프로그램가능한 발사체의 분해시간을 결정하는 방법에 관한 것으로, 계산은 적어도 센서데이타로부터 결정되는 표적까지의 충돌거리와, 포신의 포구에서 측정된 발사체속도 및, 발사체의 충돌지점과 분해지점 사이의 예정된 최적의 분해거리에 기초한다.

포신의 포구에 위치된 발사체속도 측정장치를 구비한 장치가 유럽 특허출원 제 0 300 255호에 공지되어 있는 바, 상기 측정장치는 상호 일정거리로 배치된 2개의 환형코일(toroid coil)을 구비한다. 이 2개의 환형코일을 통하여 발사체가 통과하는 동안에 생성된 자기플럭스의 변화로 인하여, 각 환형코일내에 펄스가 빠르게 연속적으로 발생한다. 이 펄스는 펄스들 사이의 시간차(chronological distance)와 환형코일 사이의 거리로 발사체의 속도를 계산하는 전자평가장치에 입력된다. 속도를 위한 송신기코일은 발사체의 운동방향으로 측정장치의 후면에 배치되는데, 이 송신기코일은 발사체에 구비된 수신기코일과 함께 작용한다. 또한, 이 수신기코일은 고역통과필터(high pass filter)를 매개로 계수장치에 연결되는데, 그 출력부는 시한신관(time fuse)에 연결되어진다. 분해시간은 발사체의 속도와 표적까지의 충돌거리로부터 계산되어지는데, 이는 측정장치를 통과한 직후에 발사체에 유도적으로 전달된다. 상기 시한신관은 분해거리에 의해 설정되어, 발사체가 표적의 주변지역에서 분해될 수 있게 된다.

상기 발사체가 부속발사체(제 1 및 제 2탄도로 구성된 발사체)로 이뤄진다면, 예컨대 취리히의 오얼리콘 콘트라베스(Oerlikon Contraves)사의 팜플렛 OC 2052 d 94에 공지된 바와 같이, 분해시간에 부속발사체가 잇따라 발포되어 표적의 예상지역이 구름같은 다수의 부속발사체로 덮히면 여러 번의 충돌에 의해 공격표적을 파괴할 수 있게 된다. 이러한 발사체의 분해과정에서, 부속발사체를 운반하는 부분은 예정된 파괴지점에서 분리되어 개방된다. 발포된 부속발사체는 발사체의 회전에 의해 스핀이 안정화된 비행경로를 나타내고 원뿔의 원에서 대략 반원형인 곡선상에 고르게 분포되도록 위치되어, 높은 충돌가능성을 제공하게 된다.

모든 경우에 전술된 장치로 높은 명중률 또는 격추율의 달성이 항상 가능한 것은 아닌데, 이는 예컨대 발사체속도의 변동 또는 비현실적인 값의 사용으로 인한 분해거리상의 편차에 기인한다. 상기 분해거리가 커질수록 원은 보다 넓어지지만, 부속발사체의 밀도가 적어지게 되고, 이와 반대로 분해거리가 짧은 경우에는 부속발사체의 밀도는 높아지게 되나 원은 작아진다.

이에 본 발명은 전술한 단점은 방지하면서 최적의 명중률 또는 격추율이 성취될 수 있는, 전술한 바와 같은 방법과 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이 목적은 특허청구범위의 제 1항에 따른 발명으로 달성되는데, 여기서 발사체의 분해지점과 표적상의 충돌지점 사이에 한정된 최적의 분해거리는 분해시간의 조정으로 일정하게 유지된다. 이러한 조정은 속도차로 곱해진 조정계수가 분해시간에 더해짐으로써 수행된다. 또한, 발사체속도의 차는 실제로 측정된 발사체속도와 발사체의 조준속도 사이의 차로부터 생성되는데, 발사체의 조준속도는 선행되었던 연속된 다수의 발사체속도의 평균값으로부터 계산된다.

한정된 분해거리가 실제로 측정된 발사체속도와 무관하여 계속적인 최적의 명중률 또는 격추율을 달성할 수 있다는 데에 본 발명의 장점이 있는 바, 분해시간의 조정을 위해 제안된 조정계수는 무기를 제어하기 위한 충돌지점의 발사요소를 기초로 하는데, 즉 포의 각도(α,λ)와 충돌시간(Tf) 및 발사체의 조준속도(VOv)에기초한다. 더불어, 본 발명은 기존의 무기제어시스템에 최소의 비용으로 간단히 병합될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치가 구비된 무기제어시스템의 개략도,

도 2는 측정 및 프로그래밍장치의 종방향 단면도,

도 3은 분해거리와 함수관계를 갖는 부속발사체의 분포를 나타낸 도면,

도 4는 도 1의 무기제어시스템의 다른 개략도이다.

1 : 발포조절부, 2 : 포,

3 : 탐색센서, 4 : 표적,

5 : 추적센서, 6 : 발포조절컴퓨터,

7 : 주필터, 9 : 조준계산유니트,

10 : 평가회로, 11 : 업데이트계산유니트,

12 : 조정계산유니트, 13 : 포신,

14 : 측정장치, 15 : 포의 서보장치,

16 : 발사장치, 17 : 데이타전송장치,

18, 18' : 발사체, 19 : 부속발사체,

20 : 지지튜브, 21 : 제 1부,

22 : 제 2부, 23 : 제 3부,

24, 25 : 환형코일, 26 : 코일본체,

27 : 송신기코일, 28, 29 : 선,

30 : 연철 로드, 31 : 수신기코일,

32 : 필터, 33 : 계수장치,

34 : 시한신관, a : 거리,

Pz : 분해지점, F1-F4 : 원형표면,

C : 원뿔, I : 제 1가로좌표,

II : 제 2가로좌표, Dz : 분해거리,

RT : 충돌거리, VOv : 조준속도,

Vm : 실제로 측정된 발사체속도, Tz : 분해시간,

ts : 부속발사체의 비행시간, Pf : 충돌지점,

α, λ : 포의 각도, Tf : 충돌시간,

TG : 비행시간, Tz(Vm) : 조정된 분해시간,

Me : (기상상태)입력, Z : 표적데이타.

이하, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1에서, 발포조절부는 참조번호 1로 표시되며, 포는 참조번호 2로 표시되어 있는 바, 이 발포조절부(1)는 표적(4)을 감지하는 탐색센서(3)와, 3차원 표적추적과 3차원 표적검사를 위한 탐색레이더(3)와 연결되어 표적을 감지하는 추적센서(5) 및, 발포조절컴퓨터(6)로 구성된다. 이 발포조절컴퓨터(6)는 적어도 하나의 주필터(7)와 조준계산유니트(9)를 구비한다. 주필터(7)의 입력부는 추적센서(5)와 연결되고 출력부는 조준계산유니트(9)와 연결되어, 위치와, 속도, 가속도 등과 같은 추적레이다(5)로부터 받아들여진 3차원 표적데이타를 추정된 표적데이타(Z)의 형태로 조준계산유니트(9)로 전달한다. 또한, 기상데이타가 추가 입력(Me)을 통하여 조준계산유니트(9)로 제공될 수 있다. 이하, 각각 접속부 또는 연결부에 있는 식별자의 의미는 그 기능을 설명하면서 보다 자세히 설명된다.

또한, 포(2)의 컴퓨터는 평가회로(10)와 업데이트계산유니트(11) 및 조정계산유니트(12)를 구비한다. 상기 평가회로(10)의 입력부는 포신(13)의 포구상에 배치된 발사체속도 측정장치(14)와 연결되는데, 이는 도 2를 참조로 하여 아래에 보다 자세히 설명되는 한편, 그 출력부는 조준계산유니트(9)와 업데이트계산유니트(11)와 연결된다. 이 업데이트계산유니트(11)의 입력부는 조준계산유니트(9)와 조정계산유니트(12)와 연결되고, 출력부는 상기 측정장치(14)내에통합된 프로그래밍부와 연결된다. 상기 조정계산유니트(12)의 입력부는 조준계산유니트(9)와 연결되며, 출력부는 업데이트계산유니트(11)와 연결된다. 발포명령에 반응하는 포의 서보(servo)장치(15)와 발사장치(16)도 조준계산유니트(9)와 연결된다. 발포조절부(1)와 포(2) 사이의 연결은 참조번호 17로 표시된 데이타전송장치에 결합된다. 상기 계산유니트들(10,11,12) 사이와 발포조절부(1) 및 포(2) 사이의 각각의 연결부에 있는 식별자의 의미는 그 기능을 설명하면서 보다 자세히 설명된다. 참조번호 18과 18'로 표시된 발사체는 프로그래밍단계(18)와 분해시간에서의 단계(18')로 나타내어진다. 상기 발사체(18)는 제 1 및 제 2탄도로 구성된 프로그램가능한 발사체이며, 이는 발포장전부(ejection load)와 시한신관을 구비하고 부속발사체(19)들로 채워진다.

도 2에 따르면, 포신(13)의 포구상에 고정된 지지튜브(20)는 3개의 부분(21,22,23)으로 구성되는 바, 발사체속도를 측정하는 환형코일(24,25)은 상기 제 1부(21)와 제 2부(22) 및 제 3부(23) 사이에 설치되고, 코일본체(26)내에 수용된 송신기코일(27)은 프로그래밍부라고도 불리는 제 3부(23)에 고정된다. 상기 지지튜브(20)와 3개의 부분(21,22,23)을 상호고정하는 방식은 추가로 도시하거나 설명하지 않는다. 연철 로드(30)는 상기 지지튜브(20)의 외주상에 설치되어 측정을 방해하는 자장을 차폐한다. 발사체(18)는 수신기코일(31)을 구비하는 바, 이 수신기코일은 필터(32)와 계수장치(33)를 매개로 시한신관(34)과 연결된다. 상기 발사체(18)가 환형코일(24,25)을 통해 통과하는 동안에, 각 환형코일내에 빠르게 연속적으로 펄스가 발생한다. 이들 펄스는 평가회로(10;도 1 참조)에 공급되는데, 발사체속도는 펄스들 사이의 시간차와 환형코일(24,25) 사이의 거리로부터 계산된다. 아래에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 분해시간은 발사체속도를 고려하여 계산되는데, 이는 계수장치(33)를 설정하기 위해 송신기코일(27)에 의해 수신기코일(31)로 발사체(18)가 통과하는 중에 디지털의 형태로 유도적으로 전달된다.

발사체(18)의 분해지점은 도 3에 Pz로 표시되어 있으며, 이 분해지점(Pz)으로부터의 거리에 따라 발포된 부속발사체들은 별개로 도시된 원뿔(C)의 원형표면(F1,F2,F3,F4)에서 대략 반원형인 곡선상에 고르게 분포되도록 위치된다. 상기 분해지점(Pz)으로부터의 미터(m)거리가 제 1가로좌표(I)상에 표시되었으며, 제 2가로좌표(II)상에는 상기 원형표면(F1,F2,F3,F4)의 크기가 제곱미터(㎡)로 표시되고, 그 직경이 미터(m)로 표시되었다. 예컨대, 152개의 부속발사체가 구비된 특성 발사체와 원뿔(C)의 정점의 각도가 처음에 10° 일 때, 제 2가로좌표(II)상에 표시된 값들은 거리와 함수관계를 갖는다. 상기 원형표면(F1,F2,F3,F4)상에 위치된 부속발사체들의 밀도는 거리가 증가함에 따라 감소하여 선택된 조건하에서 제곱미터당 64, 16, 7, 4개의 부속발사체로 된다. 이어지는 계산을 기초로 하여, 예정된 분해거리(Dz)가 예컨대 20m일 때, 3.5m의 직경을 갖는 표적지역은 제곱미터당 16개의 부속발사체로 덮히게 된다.

위치(4)에서와 이 충돌 또는 발포위치에 선행하는 위치(4')에서로 나타내어진다.

이하, 전술된 장치의 작동을 설명한다.

조준계산유니트(9)는 기상데이타도 고려에 넣어 제 1 및 제 2탄도로 구성된발사체의 조준속도(VOv)와 표적데이타(Z)로부터 충돌거리(RT)를 계산한다.

예컨대, 실제로 측정된 발사체속도(Vm)에 바로 선행하는 조준속도(VOv)는 데이타전송장치(17)를 매개로 공급되고 다수의 발사체속도(Vm)의 평균값으로부터 계산된다.

미리 설정된 분해거리(Dz)를 기초로 하고 충돌시간(Tf)의 함수인 발사체속도(Vg(Tf))를 고려하면, 다음의 식으로 발사체의 분해시간(Tz)을 결정할 수 있다.

여기서, Vg(Tf)는 탄도 근사치에 의해 결정되고, Tz는 분해지점(Pz)까지의 발사체의 비행시간을 의미하며, ts는 분해지점(Pz)으로부터 충돌지점(Pf)까지의 발사체방향으로 날아가는 부속발사체의 비행시간을 의미한다(도 3 및 도 4 참조).

더불어, 조준계산유니트(9)는 포의 방위각(α)과 고각(λ)을 검출한다. α와, λ, Tz 또는 Tf 및, VOv 값들은 충돌지점의 발포데이타요소로 일컬어지며 데이타전송장치(17)를 매개로 조정계산유니트(12)로 공급된다. 발포데이타요소들(α,λ)은 포의 서보장치(15)에도 입력되고, 다른 발포데이타요소들(VOv,Tf 또는 Tz)도 업데이트계산유니트(11)로 입력된다.

전술된 계산은 일정시간 간격으로 측정하는 방식으로 반복적으로 수행되어, 새로운 데이터(α,λ,Tz 또는 Tf,VOv)들은 각각의 실제 시간간격( i)으로 미리 설정된 유효시간에 대해 사용가능하다.

일정시간 간격으로 축정된 값들 사이의 실제(현재)시간(t)은 각각 보간법 또는 외삽법에 의해 추정된다.

각 시간간격(i)의 시작에서, 조정계산유니트(12)는 각각 일련의 최신 발포데이터(α,λ,Tz 또는 Tf,VOv)에 의해 조정계수(K)를 계산하는데, 이를 위해 아래에 더욱 상세히 기술된 바와 같은 조정계수(K)에 대한 조건방정식이 전개된다.

조정계수의 정의에서,

(13)의 방향과 거의 동일하며, 다음과 같이 설정될 수 있다.

이 경우에, 명중조건은 다음과 같다.

여기서, t₀에 따른식 10의 도함수는 다음과 같이 된다.

이다. 일반적인 이론에 의해, 주어진 전제하에서 식 11.1은 다음과 같이 됨이 알려져 있다.

는 무시할 수 있을 정도로 작은 것으로 간주될 수 있다. 도함수의 일반적인정의에 따라, 다음 식이 식 11.1의 D₃에 대해 적용된다.

포신(13)의 고각이 무시된다면,

이므로, 그 근사치는

점은 대략 평면(회전평면)상에서 원형경로로 이동하게 되는데, 이는 벡터

로 결정된다. 이에 따라, 식 12를 다음과 같이 쓸 수 있다.

여기서,는 회전평면에 수직한 회전벡터이다. 이 경우에, 순간적인 회전축 주위로의 포신(13)의 각속도는 각속도

크기가 동일한 것으로 간주되어, 그 결과는 다음과 같이 된다.

직선탄도인 경우에 발사체속도는 표적방향과 거의 평행하다는 추가적인 가정, 즉

에 의해서, 식 15는 식 11로부터 도출되는데, 이는 표적속도를 2개의 수직성분으로 분할함을 나타낸다.

다음의 정의들을 고려함으로써,

그 결과는 다음과 같이 된다.

이고,

으로 된다. 그리고, 식 14와 식 15에 의해 다음과 같이 된다.

가 얻어진다.

식 17에서, 다른 수학적 방법으로 발포조절부(1)에 의해 비행시간

및 λ(t₀) 의 함수이고, 이들 값은 계산되어지거나 포(2)에서 바로 측정될 수 있다.

의 값은 탄도에 의해 주어지는데, 이들은 비행시간의 1차함수이고 포신고각의 2차함수이지만, 무시할 수 있다. 예컨대, 상기 값들을 결정하는 단토니오(d'Antonio)에 의한 해법을 활용할 수 있는데, 이 식은 다음을 제공한다.

여기서,

이고,은 속도(발사체의 공칭 초기속도)를 의미하는데, 이는 cw값과 관련된다. 식 18과 식 19를 식 17에 대입하면, 조정계수(K)는 다음과 같이 된다.

이상에서 사용된 수학적 또는 물리학적 기호는 다음과 같은 의미를 갖는다.

상기 조정계산유니트(12)에 의해 입력된 조정계수(K)와, 평가회로(10)에 의해 입력된 실제로 측정된 발사체속도(Vm) 및, 조준계산유니트(9)에 의해 입력된 조준속도(VOv)와 분해시간(Tz)에 의해서, 상기 업데이트계산유니트(11)는 조정된 분해시간(Tz(Vm))을 다음의 식으로 계산한다.

상기 조정된 분해시간(Tz(Vm))은 유효시간에 따른 실제(현재)시간(t)에 대해 보간법 또는 외삽법으로 추정된다. 새로이 계산된 분해시간(Tz(Vm,t))은 측정장치(14)의 프로그래밍부, 즉 제 3부(23)의 송신기코일(27)에 제공되고, 도 2와 연계하여 이미 전술한 바와 같이 통과하는 발사체(18)에 유도적으로 전달된다.

따라서, 분해거리(Dz;도 3 및 도 4 참조)를 분해시간(Tz)의 조정에 의해 발사체속도의 변동과 무관하게 일정하게 유지할 수 있게 되어, 최적의 명중률 또는 격추율을 달성할 수 있게 된다.

직선탄도를 가정하면, 식 9에 다음을 대입할 수 있다.

여기서, 단거리탄도용 낙하각을 고려하면, 상기한 일차식은 조정계수(K)에 대하여 동일한 결과를 얻는다.

Claims

센서데이타는 포신(13)에서 표적까지의 충돌거리(RT)가 계산됨으로써 측정되고, 발포된 발사체의 속도(Vm)는 포신(13)의 포구에서 측정되며, 조정된 분해시간(Tz(Vm))의 결정은 적어도 상기 충돌거리(RT)와 발사체(12)의 속도(Vm) 및 분해거리(Dz)를 기초로 하는, 소정의 속도로 이동하는 표적에 의해 발사체(12)의 충돌지점(Pf)과 발사체(12)의 분해지점(Pz) 사이에 주어진 분해거리(Dz)를 일정하게 유지하도록 포신(13)으로부터 발포된 프로그램가능하면서 분해가능한 발사체(12)의 조정된 분해시간(Tz(Vm))을 결정하는 방법에 있어서,

상기 발사체의 조준속도(VOv)는 측정된 센서데이타로부터 결정되고,

상기 조정된 분해시간(Tz(Vm))은 조정계수(K)와, 실제로 측정된 발사체속도(Vm) 및, 발사체의 조준속도(VOv)가 관계된 식에 의해 본래 한정된 분해시간(Tz)으로부터 결정되는 한편,

다음의 정의와,

평탄한 정각궤도로 가정할 때 초기속도값에 따른 발사체위치의 도함수 및,

다음의 탄도식과

다음의 명중조건을 기초로 하면서,

발사체의 비행시간(TG)과 포의 각도(α,λ) 및 조준속도에 대하여 조정계수(K)를 계산하는 방법은,

시간( t₀)에 대해 식 10을 미분하되,

을 얻는 단계와;

식 11.1에서

를 무시하는 단계;

위와 같이 식 11.1의 미분항 D₃을 한정하는 단계;

포신(13)의 고각을 무시하여,

와, 그 근사치로 다음을 얻고,

식 12를 위와 같이 쓸 수 있는 단계;

순간적인 회전축 주위로의 포신(13)의 각속도가 각속도

를 얻는 단계;

평탄한 정각궤도인 경우에 발사체속도는 표적방향과 거의 평행하다고 가정하여,

표적속도를 2개의 수직성분으로 분할함을 나타내는,

식 15를 식 11로부터 얻는 단계;

다음의 정의와,

다음의 정의들을 고려함으로써,

식 9를 식 8에 대입하여,

인 결과를 얻는 단계;

의 정의를 고려하여, 식 14와 식 15로부터

와,

을 얻어서,

인 결과를 얻는 단계;

조정계수(K)를 얻는 단계;를 포함하며,

여기서,

인 것을 특징으로 하는 프로그램가능한 발사체의 분해시간을 결정하는 방법.
에 의해 주어지되, 여기서

식 18과 식 19를 식 17에 대입하여,

조정계수(K)를 얻는 것을 특징으로 하는 프로그램가능한 발사체의 분해시간을 결정하는 방법.