DE69101332T2 - Steuerungsverfahren zur programmierten Zündungsverzögerung eines Geschosses mit wenigstens einer militärischen Ladung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zündsteuersystem mit programmierbaren Verzögerungen für einen Flugkörper, der mindestens eine militärische Ladung trägt.
• Unter Flugkörper wird in der ganzen Beschreibung und den Ansprüchen jede Vorrichtung verstanden, die sich in Richtung auf ein Ziel bewegt und mindestens eine militärische Ladung zur Beschädigung oder Zerstörung des Ziels trägt, wie z.B. eine Granate, eine Lenkgranate, eine Rakete, eine Munition oder Untermunition, Bombe usw., die beispielsweise von einer Kanone, einem Granatwerfer oder einer Lafette abgeworfen oder abgeschossen wurde.
• Um die Wirksamkeit von gewissen Flugkörpern (die Startbahn zerstörende Bomben, usw.) zu verbessern, ist es bekannt, beispielsweise aus der Druckschrift DE-A-3 141 333, daß die Zündung der militärischen Ladung bei einer bestimmten Eindringtiefe des Flugkörpers in das Ziel ausgelöst werden muß. Außerdem ergibt sich beim Angriff auf mit neuen sogenannten aktiven Panzerungen versehenen Zielen die Notwendigkeit, Flugkörper mit doppelter militärischer Ladung, Tandemladung genannt, zu versehen, von denen eine erste Ladung gezündet wird, um den aktiven Schutz der Panzerung zu neutralisieren, und die zweite Ladung, auch Hauptladung genannt, anschließend gezündet wird. Die Betriebsverzögerung zwischen den Ladungen wird durch die Wirksamkeit der Schutzvorrichtung bestimmt.
• Bisher wurde die Zündverzögerung der Ladungen vorab festgelegt und war somit fest vorgegeben. Daraus ergab sich ein Kompromiß zwischen mehreren Faktoren, die mit den Kennwerten des Flugkörpers, den angenommenen Kennwerten des Flugkörpers beim Aufprall auf dem Ziel und/oder der Art des Ziels abhingen. Daraus folgten Globalmerkmale, die hinsichtlich der Aufgaben nicht optimiert waren.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, zusätzliche Informationen in Echt zeit zur optimalen Bestimmung der Zündverzögerungen der Ladungen zu berücksichtigen, also zu programmieren oder zu verändern. Der Anmelder hat nämlich festgestellt, daß die optimalen Verzögerungswerte für größte Wirksamkeit eines Flugkörpers abhängig insbesondere von der Geschwindigkeit des Flugkörpers im Zeitpunkt des Auftreffens auf dem Ziel, vom Auftreffwinkel des Flugkörpers auf dem Ziel und der Art des Ziels gemäß bestimmbaren Gesetzen variieren.
• Ziel der Erfindung ist also ein verbessertes Zündsteuersystem, das die Zündverzögerungen der Ladung oder Ladungen zu programmieren erlaubt.
• Erfindungsgemäß ist also ein Zündsteuersystem mit programmierbaren Verzögerungen gemäß dem Wortlaut des Anspruchs 1 vorgesehen.
• Die Erfindung und weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.
• Figur 1 zeigt schematisch einen Flugkörper mit der Verteilung der verschiedenen Elemente und Funktionen des erfindungsgemäßen Systems.
• Figur 2 ist ein Funktionsschema des erfindungsgemäßen Systems.
• Figur 3 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Teils des erfindungsgemäßen Systems.
• Figur 4 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform desselben Teils des Systems wie in Figur 3.
• Die Erfindung wird nun in Form eines Beispiels im Rahmen der Anwendung auf einen Flugkörper mit Tandemladung beschrieben, ohne daß die Erfindung darauf beschränkt wäre.
• Wie bereits erläutert, sind die Zündverzögerungen der Ladungen für eine maximale Wirksamkeit von größter Bedeutung.
• Mit To sei der Zeitpunkt des Auftreffens des Flugkörpers auf dem Ziel bezeichnet, der als Zeitursprung dient. Nach diesem Zeitpunkt bestimmt man die Verzögerungen TAV und TAR des Zündens der Vor-Ladung und des Zündens der Nach- oder Hauptladung.
• Die Verzögerung TAV besteht aus konstanten Verzögerungszeiten wie z.B. der Zeit, um die Explosivlast zu entsichern, die Zeit für die Inbetriebsetzung der Zündung, die Zeit für die elektronische Verarbeitung des Signals einer Aufprallsonde und die variable Zeit tAV, die erfindungsgemäß abhängig von der Geschwindigkeit V des Flugkörpers im Zeitpunkt des Auftreffens des Flugkörpers auf dem Ziel und vom Aufprallwinkel I des Flugkörpers auf dem Ziel optimiert wird. Man wählt somit:
• tAV = f(V, I)
• Die Funktion f kann beispielsweise experimentell bestimmt werden, indem eine Wertetabelle von tAV und damit von TAV für die verschiedenen Paare von Werten V und I erstellt wird.
• In gleicher Weise wird die Verzögerung TAR gebildet von konstanten Verzögerungen, ähnlich den oben erwähnten für TAV und von einer variablen Verzögerung tAR, die erfindungsgemäß abhängig vom Auftreffwinkel I des Flugkörpers auf dem Ziel und dem Typ des Ziels C optimiert wird. Man wählt also:
• tAR =f'(I, C)
• Wie die Funktion f kann auch die Funktion f' experimentell bestimmt werden.
• Ein solches System hat vielfache Vorteile. Es verbessert deutlich die Wirksamkeit der Tandemladungen, indem es die Zündung der Ladungen zu optimalen Zeitpunkten in jedem Einzelfall erlaubt. Außerdem kann sich ein solches System an jedes neue Ziel anpassen.
• Es hat auch den Vorteil der Geheimhaltung, da die Verzögerungen in Form einer Software und nicht hardwaremäßig realisiert sind, wie weiter unten erläutert wird.
• Figur 1 zeigt schematisch die Struktur eines Flugkörpers P mit Tandemladung, das ein Zündsteuersystem gemäß der Erfindung enthält, und Figur 2 ist ein funktionales Schema dieses Systems.
• Der Flugkörper P trägt eine Vor-Ladung 2 mit zugeordneter Zündvorrichtung 3 und eine Haupt-Ladung 4 mit zugeordneter Zündvorrichtung 5. Die Vor-Ladung 2 und die Haupt-Ladung 4 liegen hintereinander und können beispielsweise hohle Ladungen sein.
• Bezeichnet man mit M den Aufprallpunkt des Flugkörpers P auf dem Ziel (nicht dargestellt), dann bezeichnet My die Senkrechte auf der Oberfläche des Ziels im Punkt M, und der Winkel zwischen My und der Achse X'X des Flugkörpers bildet den Einfallswinkel I des Flugkörpers auf dem Ziel.
• Der Flugkörper P enthält eine Reihe von Stoßdetektoren 1, beispielsweise piezoelektrische Sonden, die beispielsweise auf einem Kranz in einer zur Achse XX' senkrechten Querebene verteilt sind, wenngleich auch andere Anordnungen in Betracht gezogen werden können. Die Verwendung dieser Stoßdetektoren erlaubt zweierlei Messungen:
• - Durch Messung des Zeitpunkts, in dem ein erstes Signal eines Detektors 1 (derjenige, der dem Aufprallpunkt M am nächsten liegt) eine vorgegebene Schwelle überschreitet, erhält man den Aufprallzeitpunkt To; um Fehlerfassungen zu vermeiden, werden die Detektorsignale gefiltert und mit der Schwelle verglichen.
• - Durch Vergleich der Stoßerfassungszeitpunkte der verschiedenen Detektoren kann man außerdem den Aufprallwinkel 1 ableiten (ähnlich wie in einem Antennennetzwerk der Einfallswinkel einer empfangenen Welle bestimmt wird).
• Der Flugkörper P enthält weiter eine Trägheitszentrale 6, die die Geschwindigkeit des Flugkörpers im Auftreffzeitpunkt zu ermitteln erlaubt. Die Geschwindigkeit V könnte auch mit einer Verzögerungsmeßsonde bestimmt werden, indem die gelieferte Verzögerungsinformation integriert wird, oder mit irgendeinem anderen bekannten Mittel.
• Die Verarbeitung der Signale der Detektoren 1 und der Zentrale 6 zum Erhalt der Parameter To, V und I erfolgt in einem Rechner 7, der aus diesen Parametern die Werte optimaler Verzögerung TAV und TAR bezüglich der Zündung der Vor-Ladung 2 und der Haupt-Ladung 4 ableitet und die entsprechenden Steuer-Signale an die Zündvorrichtungen 3 und 5 sendet. Eine Stromversorgung 8 speist die verschiedenen Elemente 1, 3, 5, 6, 7 des Systems.
• Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform des Rechners 7 des erfindungsgemäßen Systems. Dieser Rechner enthält im wesentlichen einen Festwertspeicher 71, beispielsweise vom löschbaren Typ EEPROM, in dem die Tabellen der optimalen Verzögerungswerte für die verschiedenen Werte der Parameter V, I und C gespeichert sind. Ein Prozessor 70, der die Signale der Stoßdetektoren 1 und der Trägheitszentrale 6 empfängt, berechnet die Geschwindigkeit V beim Auftreffen und den Auftreffwinkel I und leitet daraus eine Adresse für den Speicher 71 ab, die dann die optimale Verzögerung TAV liefert. Diese Verzögerung in digitaler Form wird in einen Rückwärtszählkreis 72 geladen. Der Rückwärtszählkreis 72 zählt dann rückwärts im Rhythmus eines Taktes 75 ab dem Zeitpunkt des Auftretens des Zündbefehlsignals MAF, das vom Prozessor 70 empfangen wird und das dieser aussendet, sobald der Aufprallzeitpunkt To erfaßt worden ist. Die abzuzählenden Taktimpulse werden über ein UND-Tor 73 geliefert, das mit einem Eingang an den Takt 75 und mit dem anderen Eingang an den Ausgang Q einer Kippstufe 74 vom Typ D angeschlossen ist. Diese Kippstufe hat einen Eingang D auf hohem Pegel und einen Takteingang, der den Befehl MAF empfängt. Sobald dieser Befehl empfangen wurde, geht der Ausgang Q auf hohen Pegel über und bleibt dort, indem er die Übertragung der Taktimpulse über das Tor 73 zum Rückwärtszähler freigibt. Wie bereits erwähnt, wurde dieser ursprünglich auf einen digitalen Wert entsprechend einer Verzögerung TAV geladen und zählt dann eine Anzahl von Taktimpulsen, die unter Berücksichtigung der Taktfrequenz der optimalen Verzögerung bis zum Nulldurchgang entspricht, bei dem ein Signal am Zählendeausgang (im englischen ripple output) erscheint. Dieses vom Verstärker 76 verstärkte Signal bildet das Zündsteuersignal für die Vor-Ladung 2.
• Eine Folgeschaltung 77 wickelt das Auslesen des Speichers 71 und die Steuerung des Ladens des Rückwärtszählers 72 ab.
• Der Speicher 71 kann auch die Tabelle der Werte TAR enthalten. In diesem Fall ist der Prozessor 70 so ausgebildet, daß er an einem Eingang 701 den Parameter bezüglich der Art des Ziels C empfängt, der manuell vor dem Einsatz eingegeben worden ist oder von einem Bildanalyseprozessor geliefert sein kann, der an Bord oder vorzugsweise am Boden angeordnet ist (z.B: im Fall eines drahtgelenkten Flugkörpers). Der Rückwärtszähler 72 wird dann auf den neuen Verzögerungswert TAR geladen, wobei die gleichen Schaltkreise verwendet werden und das Zündsteuersignal dann zum Zündkreis 5 geleitet wird. Man kann auch eine ganz andere gleichwertige Struktur vorsehen, indem man beispielsweise nur den Prozessor 70 und den Speicher 71 vorsieht, während die Steuermittel (Rückwärtszähler, Kippstufe) Bestandteil der Haupt-Ladung sind.
• Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Rechners 7, die der vorhergehenden sehr nahe kommt. Die gleichen Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Elemente wird in Figur 3. In dieser Figur sind die gleichen Steuermittel 72 bis 76 wiederzufinden.
• Hier wird die optimale Verzögerung vom Prozessor 70' aufgrund der von den Aufpralldetektoren 1 und der Trägheitszentrale 6 kommenden Signale berechnet. Diese Verzögerung wird an einen Arbeitsspeicher (RAM) 71' über eine bidirektionale Serienverbindung 700 mit ihren Sender-Empfängern 79 und einem asynchronen Universal-Serienkreis (UART) 78 übertragen, der insbesondere die Serien-Parallel-Umwandlung der Daten bewirkt. Die optimale Verzögerung wird in den Speicher 71' und dann in den Rückwärtszähler 72 unter Kontrolle durch die Folgeschaltung 77' geladen.
• Man könnte auch den Speicher 71' weglassen und die Verzögerung direkt in den Rückwärtszähler laden.
• Es ist klar, daß zahlreiche andere Lösungen in Betracht kommen, um programmierbare Verzögerungen auf den Zündbefehl anzuwenden, um daraus Steuersignale für die Zündung abzuleiten.
• Wenngleich die Erfindung im Rahmen eines Flugkörpers mit Tandem-Ladung beschrieben wurde, kann ein solches System ebenso auf einen Flugkörper mit einer einzigen Ladung angewandt werden, bei dem die Ladung nach einem optimal tiefen Eindringen in das Ziel gezündet wird, sowie auf einen Flugkörper mit Mehrfachladungen, die hintereinander angeordnet sind, wobei das System die optimale Verzögerung für jede Ladung bestimmen würde.
• Es sei bemerkt, daß die Bestimmung der optimalen Verzögerungen auch von zusätzlichen Parametern zu den bereits erwähnten abhängig sein kann. Es ist insbesondere klar, daß die optimale Verzögerung für die Zündung der Vor-Ladung auch von der Art des Ziels C abhängig sein kann.
• Natürlich beschränken die beschriebenen Ausführungsbeispiele in keiner Weise die Erfindung.

Claims (12)

1. Zündsteuersystem mit programmierbaren Verzögerungen für einen Flugkörper, der mindestens eine militärische Ladung trägt, mit ersten Mitteln (1, 7; 1, 70) zur Bestimmung des Aufprallzeitpunkts To des Flugkörpers auf einem Ziel und zur Lieferung von charakteristischen Informationen des Flugkörpers und seiner Bewegung zum Zeitpunkt des Aufprallens (I, V), dadurch gekennzeichnet, daß das System aufweist:

- zweite Mittel (1, 6, 7; 1, 6, 70, 701) zur Lieferung charakteristischer Informationen über die Art des Ziels (C),

- Verarbeitungsmittel (7; 70, 71, 77; 70', 700, 79, 78, 71', 77'), um ausgehend von Informationen, die von den zweiten Mitteln geliefert wurden, die optimale Verzögerung für die Zündsteuerung der Ladung zu bestimmen und

- Steuermittel (7, 72 bis 76) zur Steuerung der Zündung der Ladung unter Kontrolle durch die Verarbeitungsmittel.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationslieferungsmittel aufweisen:

- zweite Mittel (1, 7; 1, 70) zur Bestimmung des Aufprallwinkels I des Flugkörpers auf der Oberfläche des Ziels, auf der der Aufprall erfolgt,

- dritte Mittel (6, 7; 6, 70) zur Bestimmung der Geschwindigkeit V des Flugkörpers im Aufprallzeitpunkt To,

- vierte Mittel (701), um den Verarbeitungsmitteln eine Information C über die Art des Ziels zu liefern, das der Flugkörper treffen soll.

3. System nach Anspruch 2 für einen Flugkörper mit mehreren militärischen Ladungen in Reihe, dadurch gekennzeichnet, daß die optimale Verzögerung durch die Verarbeitungsmittel abhängig von der Geschwindigkeit V und dem Auftreffwinkel I für die erste der Ladungen bestimmt wird und daß die optimalen Verzögerungen für die anderen Ladungen durch die Verarbeitungsmittel abhängig vom Auftreffwinkel I und der Art des Ziels C bestimmt werden.

4. System nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel Speichermittel (71) zur Speicherung der optimalen Verzögerungswerte für die verschiedenen möglichen Geschwindigkeitswerte, Auftreffwinkel und Zielarten sowie Adressiermittel (70, 77) enthalten, um die Speichermittel abhängig von den von mindestens bestimmten der zweiten, dritten und vierten Mittel gelieferten Informationen zu adressieren.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel von einem Festwertspeicher (71) gebildet werden, dessen eingeschriebene Verzögerungswerte experimentell bestimmt wurden, und daß die Adressiermittel einen Prozessor (70) enthalten.

6. System nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel einen Prozessor (70') zur Bestimmung des optimalen Verzögerungswerts und Übertragungsmittel (700, 79, 78, 71') enthalten, um die optimale Verzögerung an die Steuermittel zu übertragen.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel einen Serienkreis mit einem universellen asynchronen Sender-Empfänger (78) und einem Arbeitsspeicher (71') enthalten.

8. System nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel einen Rückwärtszähler (72), dessen Ladeeingänge an die Verarbeitungsmittel angeschlossen sind, um in den Rückwärtszähler den Wert der optimalen Verzögerung einzutragen, und fünfte Mittel (73 bis 75) enthalten, um an den Rückwärtszähler Taktimpulse ab Auftreten eines von den Verarbeitungsmitteln gelieferten Zündbefehls anzulegen, wobei das Zündsteuersignal, das an die Ladungen angelegt wird, aus dem Zählendesignal des Rückwärtszählers nach Verstärkung in einem Verstärker (76) gebildet wird.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die fünften Mittel ein UND-Tor (73) enthalten, das mit einem Eingang an einen Taktkreis (75) und mit einem anderen Eingang an den Ausgang einer Kippstufe (74) vom Typ D angeschlossen ist, deren Eingang D auf hohem Pegel liegt und deren Takteingang den Zündbefehl empfängt.

10. System nach einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mittel Stoßdetektoren (1) enthalten, die um die Struktur des Flugkörpers herum verteilt sind, wobei der Aufprallzeitpunkt durch den Prozessor (70; 70') ausgehend von dem ersten Signal eines Stoßdetektors bestimmt wird, das nach Filterung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, während der Auftreffwinkel durch Verarbeitung der Zeitpunkte erhalten wird, an denen die Signale der verschiedenen Stoßdetektoren nach dem Aufprallzeitpunkt auftreten.

11. System nach einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Mittel eine Trägheitszentrale (6) enthalten, wobei die Geschwindigkeit im Prozessor (70, 70') ausgehend von Informationen bestimmt wird, die von der Trägheitszentrale geliefert werden.

12. System nach einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Mittel eine Verzögerungsmeßsonde enthalten, wobei die Geschwindigkeit im Prozessor (70, 70') durch Integration der von dieser Sonde gelieferten Informationen bestimmt wird.