ATBECHDE....FRGB..ITLI..NLSE......................JDIM360 - Ver 2.9 (30 Jun 1998) 2100000/00802390EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFTB120001018EP96118039.5199611111997121119990526dedede10009619960419CH200010182000421997102219974320001018200042200005107 7F 42C 17/04 AdeVerfahren zur Bestimmung einer korrigierten Zerlegungszeit eines programmierbar zerlegbaren GeschossesenMethod for identifying a corrected desintegration time of a programmable and frangible projectilefrProcédé de détermination d'un temps de désintégration corrigé d'un projectile programmable et frangibleEP-A- 0 300 255EP-A- 0 467 055GB-A- 2 107 835US-A- 4 142 442US-A- 4 449 0414Boss, AndréAllenmoosstrasse 1388050 ZürichCHOERLIKON CONTRAVES AG02949630CASE 96-C123/EPBirchstrasse 1558050 ZürichCHHotz, Klaus, Dipl.-El.-Ing./ETH00046096c/o OK pat AG, Patente Marken Lizenzen, Hinterbergstrasse 36, Postfach 52546330 ChamCHATBECHDEFRGBITLINLSE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer korrigierten Zerlegungszeit eines aus einem Geschützrohr abgeschossenen programmierbar zerlegbaren Geschosses nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit der europäischen Patentanmeldung 0 300 255 ist eine Vorrichtung bekannt geworden, die eine an der Mündung eines Geschützrohres angeordnete Messvorrichtung für die Geschossgeschwindigkeit aufweist. Die Messvorrichtung besteht aus zwei in einem bestimmten Abstand voneinander angeordne-ten Ringspulen. Beim Durchgang eines Geschosses durch die beiden Ringspulen wird aufgrund der dabei auftretenden Aenderung des magnetischen Flus-ses kurz hintereinander in jeder Ringspule ein Impuls erzeugt. Die Impulse wer-den einer Auswerteelektronik zugeführt, in welcher aus dem zeitlichen Abstand der Impulse und dem Abstand zwischen den Ringspulen die Geschossgeschwindigkeit errechnet wird. In Bewegungsrichtung des Geschosses ist hinter der Messvorrichtung für die Geschwindigkeit eine Sendespule angeordnet, die mit einer im Geschoss vorgesehenen Empfangsspule zusammenwirkt. Die Empfangsspule ist über ein Hochpassfilter mit einem Zähler verbunden, der ausgangsseitig mit einem Zeitzünder in Verbindung steht. Aus der errechneten Geschossgeschwindigkeit und einer aus Sensordaten ermittelten Treffdistanz zu einem Zielobjekt wird eine Zerlegungszeit gebildet, die unmittelbar nach dem Durchfliegen der Messvorrichtung induktiv auf das Geschoss übertragen wird. Mit dieser Zerlegungszeit wird der Zeitzünder eingestellt, so dass das Geschoss im Bereiche des Zielobjektes zerlegtwerden kann.

Werden Geschosse mit Subprojektilen verwendet (Munition mit Primär- und Sekundärballistik), so kann wie beispielsweise aus einer Druckschrift OC 2052 d 94 der Firma Oerlikon-Contraves, Zürich, bekannt, ein angreifendes Ziel durch mehrfache Treffer zerstört werden, wenn nach Ausstossen der Subprojektile im Zerlegungszeitpunkt das Erwartungsgebiet des Zieles von einer durch die Subprojektile gebildeten Wolke belegt ist. Bei der Zerlegung eines solchen Geschosses wird der die Subprojektile tragende Teil abgetrennt und an Sollbruchstellen aufgerissen. Die ausgestossenen Subprojektile beschreiben eine durch die Rotation des Geschosses hervorgerufene drallstabilisierte Flugbahn und liegen gleichmässig verteilt auf annähernd halbkreisförmigen Kurven von Kreisflächen eines Kegels, so dass eine gute Treff- bzw. Abschusswahrscheinlichkeit erreicht werden kann.

Bei vorstehend beschriebener Vorrichtung kann durch Streuungen in der Zerlegungsdistanz, die beispielsweise durch Streuungen der Geschossgeschwindigkeit und/oder Verwendung nicht aktualisierter Werte verursacht werden, nicht in jedem Fall eine gute Treff- bzw. Abschusswahrscheinlichkeit erreicht werden. Bei grösseren Zerlegungsdistanzen würde wohl die Kreisfläche grösser, die Dichte der Subprojektile jedoch kleiner werden. Bei kleineren Zerlegungsdistanzen tritt der umgekehrte Fall ein: Die Dichte der Subprojektile wäre grösser, die Kreisfläche jedoch kleiner.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren gemäss Oberbegriff vorzuschlagen, mittels welchen unter Vermeidung vorstehend erwähnter Nachteile eine optimale Treff- bzw. Abschusswahrscheinlichkeit erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Hierbei wird eine gegebene optimale Zerlegungsdistanz zwischen einem Zerlegungspunkt des Geschosses und einem Treffpunkt des Zieles durch Korrektur der Zerlegungszeit des Geschosses gleichbleibend gehalten. Die Korrektur erfolgt indem zur Zerlegungszeit ein mit einer Geschwindigkeitsdifferenz multiplizierter Korrekturfaktor addiert wird. Die Ge-schwindigkeitsdifferenz wird aus der Differenz der aktuellen gemessenen Geschossge-schwindigkeit und einer Vorhaltgeschwindigkeit des Geschosses gebildet, wobei die Vor-haltgeschwindigkeit aus dem Mittelwert einer Anzahl vorhergehender, aufeinanderfolgender Geschossgeschwindigkeiten errechnet wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass eine gegebene Zerlegungsdistanz von der aktuellen gemessenen Geschossgeschwindigkeit unabhängig ist, so dass eine dauernde optimale Treff- bzw. Abschusswahrscheinlichkeit erzielt werden kann. Der vorgeschlagene Korrekturfaktor für die Korrektur der Zerlegungszeit basiert lediglich auf den Schiesselementen des Treffpunktes für die Steuerung der Waffe, nämlich den Geschützwinkeln α, λ, der Treffzeit Tf und der Vorhaltgeschwindigkeit V0v des Geschosses. Damit ist die Möglichkeit einer einfachen, einen minimalen Aufwand erfordernden Integration in bereits bestehende Waffensteuerungssysteme gegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen.

Fig.1: eine schematische Darstellung eines Waffensteuerungs-Systems mit der er findungsgemässen Vorrichtung,
Fig.2: einen Längsschnitt durch eine Mess- und Programmiervorrichtung,
Fig.3: ein Diagramm der Verteilung von Subprojektilen in Abhängigkeit von der Zer legungsdistanz, und
Fig.4: eine andere Darstellung des Waffensteuerungs-Systems gemäss Fig.1.

In der Fig.1 ist mit 1 eine Feuerleitung und mit 2 ein Geschütz bezeichnet. Die Feuerleitung 1 besteht aus einem Suchsensor 3 für die Entdeckung eines Zieles 4, einem mit dem Suchsensor 3 verbundenen Folgesensor 5 für die Zielerfassung, die 3-D-Zielverfolgung und die 3-D-Zielvermessung, sowie einem Feuerteitungsrechner 6. Der Feuerleitungsrechner 6 weist mindestens ein Hauptfilter 7 und eine Vorhalt-Rechen-einheit 9 auf. Das Hauptfilter 7 ist eingangsseitig mit dem Folgesensor 5 und ausgangsseitig mit der Vorhalt-Recheneinheit 9 verbunden, wobei das Hauptfilter 7 die vom Folgesensor 5 empfangenen 3-D-Zieldaten in Form von geschätzten Zieldaten Z wie Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung usw. an die Vorhalt-Recheneinheit 9 weiterleitet. Ueber einen weiteren Eingang Me können der Vorhalt-Recheneinheit 9 meteorologische Daten zugeführt werden. Die Bedeutung der Bezeichnungen an den einzelnen Verbindungen bzw. Anschlüssen wird nachstehend anhand der Funktionsbeschreibung näher erläutert.

Ein Rechner des Geschützes 2 weist eine Auswerteschaltung 10, eine Aufdatierungs-Recheneinheit 11 und eine Korrektur-Recheneinheit 12 auf. Die Auswerteschaltung 10 ist eingangsseitig an einer an der Mündung eines Geschützrohres 13 angeordneten, nachstehend anhand der Fig.2 näher beschriebenen Messvorrichtung 14 für die Geschossgeschwindigkeit angeschlossen und ausgangsseitig mit der Vorhalt-Recheneinheit 9 und der Aufdatierungs-Recheneinheit 11 verbunden. Die Aufdatierungs-Recheneinheit 11 ist eingangsseitig an der Vorhalt- und an der Korrektur-Recheneinheit 9, 12 angeschlossen und steht ausgangsseitig mit einem in der Messvorrichtung 14 integrierten Programmierte in Verbindung. Die Korrektur-Recheneinheit 12 ist eingangsseitig mit der Vorhalt-Recheneinheit 9 und ausgangsseitig mit der Aufdatier-Recheneinheit 11 verbunden. Ein Geschützservo 15 und eine auf einen Feuerbefehl ansprechende Auslöseeinrichtung 16 sind ebenfalls an der Vorhalt-Recheneinheit 9 angeschlossen. Die Verbindungen zwi-schen der Feuerleitung 1 und dem Geschütz 2 sind zu einer Data-Transmission zusammengefasst, die mit 17 bezeichnet ist. Die Bedeutung der Bezeichnungen an den einzelnen Verbindungen zwischen den Recheneinheiten 10, 11, 12 sowie zwischen der Feuerleitung 1 und dem Geschütz 2 wird nachstehend anhand der Funktionsbeschreibung näher erläutert. Mit 18 und 18' ist ein Geschoss bezeichnet, das während einer Program-mierphase (18) und im Zerlegungszeitpunkt (18') dargestellt ist. Beim Geschoss 18 handelt es sich um ein programmierbares Geschoss mit Primär-und Sekundärballistik, das mit einer Ausstossladung und einem Zeitzünder ausgestattet und mit Subprojektilen 19 gefüllt ist.

Gemäss Fig.2 besteht ein an der Mündung des Geschützrohres 13 befestigtes Tragrohr 20 aus drei Teilen 21, 22, 23. Zwischen dem ersten Teil 21 und dem zweiten bzw. dritten Teil 22, 23 sind Ringspulen 24, 25 für die Messung der Geschossgeschwindigkeit angeordnet. Am dritten Teil 23 -auch Programmierteil genannt- ist eine in einem Spulenkörper 26 gehaltene Sendespule 27 befestigt. Die Art der Befestigung des Tragrohres 20 und der drei Teile 21, 22, 23 miteinander ist nicht weiter dargestellt und beschrieben. Für die Speisung der Ringspulen sind Leitungen 28, 29 vorgesehen. Am Umfang des Tragrohres 20 sind zwecks Abschirmung von die Messung störenden Magnetfeldem Weicheisenstäbe 30 angeordnet. Das Geschoss 18 weist eine Empfangsspule 31 auf, die über ein Filter 32 und einen Zähler 33 mit einem Zeitzünder 34 verbunden ist. Beim Durchgang des Geschosses 18 durch die beiden Ringspulen 24, 25 wird kurz hintereinander in jeder Ringspule ein Impuls erzeugt. Diese Impulse werden der Auswerteschaltung 10 (Fig.1) zugeführt, in welcher aus dem zeitlichen Abstand der Impulse und einem Abstand a zwischen den Ringspulen 24, 25 die Geschossgeschwindigkeit errechnet wird. Unter Berück-sichtigung der Geschossgeschwindigkeit wird, wie nachstehend näher beschrieben, eine Zerlegungszeit errechnet, die in digitaler Form beim Durchgang des Geschos-ses 18 durch die Sendespule 27 zum Zwecke der Einstellung des Zählers 32 induktiv auf die Empfangsspule 31 übertragen wird.

In der Fig.3 ist mit Pz ein Zerlegungspunkt des Geschosses 18 bezeichnet. Die ausgestossenen Subprojektile liegen je nach Abstand von Zerlegungspunkt Pz gleichmässig verteilt auf annähernd halbkreisförmigen Kurven von (perspektivisch dargestellten) Kreisflächen F1, F2, F3, F4 eines Kegels C. Auf einer ersten Abzisse I ist der Abstand vom Zerlegungspunkt Pz in Metern m aufgetragen, während auf einer zweiten Abzisse II die Flächengrössen der Flächen F1, F2, F3, F4 in Quadratmetern m² und deren Durchmesser in Metern m aufgetragen sind. Bei einem charakteristischem Geschoss mit beispielsweise 152 Subprojektilen und einem Scheitelwinkel des Kegels C von anfänglich 10° ergeben sich in Abhängigkeit vom Abstand die auf der Abzisse II aufgetragenen Werte. Die Dichte der auf den Kreisflächen F1, F2, F3, F4 befindlichen Subprojektile nimmt mit zunehmendem Abstand ab und beträgt bei den gewählten Verhältnissen 64, 16, 7 und 4 Subprojektile pro Quadratmeter. Bei einer vorgegebenen, der nachfolgend beschriebenen Berechnung der Zerlegungszeit zugrunde gelegten Zerlegungsdistanz Dz von beispielsweise 20 m, würde beim angenommenen Beispiel ein Zielgebiet von 3,5 m Durchmesser mit 16 Subprojektilen pro Quadratmeter belegt sein.

In der Fig.4 ist mit 4 und 4' das abzuwehrende Ziel bezeichnet, das in einer Treff- bzw. Abschussposition (4) und in einer der Treff- bzw. Abschussposition vorhergehenden Position (4') dargestellt ist.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die Vorhalt-Recheneinheit 9 errechnet aus einer Vorhaltgeschwindigkeit VOv und den Zieldaten Z unter Berücksichtigung von meteorologischen Daten bei Geschossen mit Primär-und Sekundärballistik eine Treffdistanz RT.

Die Vorhaltgeschwindigkeit VOv wird beispielsweise aus dem Mittelwert einer Anzahl über die Data-Transmission 17 zugeführter gemessener Geschossgeschwindigkeiten Vm gebildet, die der aktuellen gemessenen Geschossgeschwindigkeit Vm unmittelbar vorhergehen.

Aufgrund einer vorgegebenen Zerlegungsdistanz Dz und unter Berücksichtigung der von einer Treffzeit Tf abhängigen Geschossgeschwindigkeit Vg (Tf) kann eine Zerlegungszeit Tz des Geschosses nach folgenden Beziehungen ermittelt werden: $Dz = Vg (Tf) ∗ ts$ und $Tz = Tf - ts$ worin Vg(Tf) durch ballistische Approximation bestimmt ist und Tz die Flugzeit des Geschosses bis zum Zerlegungszeitpunkt Pz, sowie ts die Flugzeit eines in der Geschossrichtung fliegenden Subprojektiles vom Zerlegungspunkt Pz bis zum Treffpunkt Pf bedeuten (Fig. 3, 4)

Die Vorhalt-Recheneinheit 9 ermittelt ferner einen Geschützwinkel α des Azimutes und einen Geschütrwinkel I der Elevation. Die Grössen α, λ, Tf und VOv werden als Schiesselemente des Treffpunktes bezeichnet und über die Data-Transmission 17 der Korrektur-Recheneinheit 12 zugeführt. Die Schiesselemente α und λ werden ausserdem noch dem Geschützservo 15 und die Schiesselemente VOv und Tf oder Tz noch der Aufdatier-Recheneinheit 11 zugeführt.

Die vorstehend beschriebenen Berechnungen werden taktweise wiederholt durchgeführt, so dass jeweils im aktuellen Takt i die neuesten Daten α, λ, Tz oder Tf und VOv für eine bestimmte Gültigkeitsdauer zur Verfügung stehen.

Zwischen den Taktwerten wird für die aktuellen (laufende) Zeit (t) jeweils interpoliert bzw. extrapoliert.

Die Korrektur-Recheneinheit 12 errechnet am Anfang eines jeden Taktes i mit dem jeweils neuesten Satz Schiesselemente α, λ, Tz oder Tf und VOv einen Korrekturtaktor K, zu welchem Zweck wie nachstehend näher beschrieben eine Bestimmungsgleichung für den Korrekturfaktor K entwickelt wird.

In einer Definition des Korrekturfaktors K $K := D_{1} t {* (υ}_{o}) = - \frac{〈 {\vec{υ}}_{rel} {(υ}_{o}), \frac{∂ _{{\vec{p}}_{G}}}{∂ _{υ_{o}}} 〉}{〈 {\vec{υ}}_{rel} {(υ}_{o}), \vec{υ}_{rel} {(υ}_{o})〉}$ ist $\vec{v}$ _rel die relative Geschwindigkeit zwischen Geschoss und Ziel und die Ableitung der Geschossposition nach dem Betrag der Anfangsgeschwindigkeit. Bei Annahme einer gestreckten Ballistik, bei der die Richtung des Vektors $\frac{∂ _{{\vec{p}}_{G}}}{∂ _{υ_{o}}}$ ungefähr gleich der Richtung des Geschützrohres 13 ist kann gesetzt werden. Hierbei wird der Betrag der Komponente der Vorhalt-Anfangsgeschwindigkeit $\vec{υ}$ _o in Rohrrichtung als konstant angenommen. Das heisst $TG = TG (t_{o})$ und Zu beachten ist jedoch, dass ${\vec{υ}}_{o} = {\vec{υ}}_{o} (t_{o})$ wegen der Bewegung des Geschützrohres 13 trotzdem von der Zeit abhängig ist, was durch die ballistische Lösung ausgedrückt wird. Die Treffbedingung lautet dann Die Ableitung der Gleichung Gl.10 nach t_o liefert was eine Zerlegung der Zielgeschwindigkeit in die Geschossgeschwindigkeit und einen Vektor $\vec{C}$ . darstellt, wobei ist. Aus der allgemeinen Theorie ist bekannt, dass unter den gegebenen Voraussetzungen der Ausdruck in Gleichung Gl.11.1 ist. Ausserdem ist die Rohrgeschwindigkeit klein, so dass der Vektor in Gleichung Gl.11.1 als vernachlässigbar klein betrachtete werden darf. Nach der allgmeinen Definition der Ableitung gilt für D₃ in Gleichung Gl.11.1 Bei Vernachlässigung der Elevation des Geschützrohes 13 ist so dass sich annähernd ergibt. Der Punkt $\vec{p}$ _G(TG(t_o), bewegt sich somit annähernd auf einer Kreisbahn in einer Ebene (Drehebene), welche durch die Vektoren $\vec{p}$ _G(TG(t_o), aufgespannt wird. Damit kann für Gleichung Gl.12 geschrieben werden, wobei $\vec{ω}$ der Drehvektor senkrecht zur Drehebene ist. Hierbei wird angenommen, dass die Winkelgeschwindigkeit des Geschützrohres 13 um seine momentane Drehachse dem Betrag nach gleich der Winkelgeschwindigkeit der $\vec{p}$ _G(TG(t_o), ist, so dass sich ergibt. Unter der zusätzlichen Annahme, dass im Fall gestreckter Ballistik die Geschossgeschwindigkeit ungefähr parallel zur Zielrichtung ist, das heisst ist, wird aus Gleichung Gl.11 eine die Zerlegung der Zielgeschwindigkeit in zwei orthogonale Komponenten ausdrückende Gleichung Gl.15 gewonnen: Durch Einsetzen der Gleichung Gl.9 in Gleichung Gl.8 und unter Berücksichtigung der Definition für $\vec{υ}$ _rel( $\vec{υ}$ _o) und der Definitionen $υ_{Z} := ∥ {\vec{υ}}_{Z} (t_{o} + TG (t_{o}))∥$ ergibt sich

Aus den Gleichungen Gl.14 und Gl.15 folgt unter Berücksichtigung der Definitionen für p_G,v_G und v_Z sowie $υ_{Z}^{2} = {(\frac{\frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})}{1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})})}^{2} {· υ}_{G}^{2} + \frac{ω^{2} · p_{G}^{2}}{{(1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o}))}^{2}},$ so dass wird. Durch Kürzen mit $\frac{υ_{G}^{2}}{{(1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o}))}^{2}}$ wird Gleichung Gl.16 vereinfacht, wobei sich der Korrekturfaktor K zu $K = - \frac{1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})}{1 + \frac{p_{G}^{2}}{υ_{G}^{2}} {· ω}^{2}} · \frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}}$ ergibt. In Gleichung Gl.17 kann die Ableitung der Flugzeit $\frac{∂ TG}{∂ t_{o}}$ (t_o) von der Feuerleitung 1 mittels verschiedener mathematischer Methoden berechnet werden. Nach Gleichung Gl.13 ist ω² eine bekannte Funktion von α̇(t_o), λ(t_o) und λ̇(t_o). Diese Grössen können entweder berechnet oder direkt am Geschütz 2 gemessen werden.

Die Grössen $\frac{p_{G}^{2}}{υ_{G}^{2}}$ und $\frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}}$ sind durch die Ballistik gegeben. Es sind Funktionen in erster Ordnung der Flugzeit und in zweiter Ordnung der Rohrelevation, welche vernachlässigbar sein kann. Für die Ermittlung dieser Grössen kann beispielsweise eine Lösung nach d'Antonio angewendet werden. Dieser Ansatz liefert $\frac{p_{G}}{υ_{G}} = TG (t_{o}) · (1 + \frac{1}{2} · q · \sqrt{∥ {\vec{υ}}_{o} (t_{o})∥ ∥ {\vec{υ}}_{n} ∥} · TG (t_{o}))$ $\frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}} = \frac{TG (t_{o}) · (1 + \frac{1}{4} · q · \sqrt{∥ {\vec{υ}}_{o} (t_{o})∥ ∥ {\vec{υ}}_{n} ∥} · TG (t_{o}))}{∥ \vec{υ}_{o} (t_{o})∥},$ wobei $q := {cω}_{n} · \frac{Luftdichte · Geschossquerschnitt}{2·Geschossmasse}$ ist und $\vec{υ}$ _n eine Geschwindigkeit (nominelle Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses) bedeutet, die sich auf den cw-Wert bezieht. Durch Einsetzen der Gleichungen Gl.18 und Gl.19 in Gleichung Gl.17 ergibt sich der Korrekturfaktor K zu wobei die Grössen TG, $\frac{∂ TG}{{∂t}_{o}}$ , α, λ, α̇, λ̇ und $\vec{υ}$ _o sich auf den Zeitpunkt t_o beziehen.

Die vorstehend angewendete mathematische bzw. physikalische Notation bedeutet:
$\vec{υ}$ ein Vektor
∥ $\vec{υ}$ ∥ Norm des Vektors
〈 $\vec{u}$ , $\vec{υ}$ 〉 Skalarprodukt
$\vec{u}$ × $\vec{υ}$ Vektorprodukt
Id Einheitsmatrix
• skalare oder Matrixmultiplikation
g := A. die Grösse g wird definiert als Ausdruck A
g = g(x₁,...,x_n) die Grösse g hängt ab von x₁,.......,x_n
t ↦ g(t) Zuordnung (t wird die Auswertung von g an der Stelle t zugeordnet)
ġ Ableitung von g nach der Zeit
D_i g(x₁, ...,x_n) partielle Ableitung von g nach der i-ten Variablen
$\frac{∂}{∂ t}$ g(t, x₁,...,x_n) partielle Ableitung von g nach der Zeit t
lim_h_→0A(h) Limes des Ausdruckes A für h gegen 0
inf_t M Infimum der Menge M über alle t
$\vec{p}$ _G, $\vec{υ}$ _G, $\vec{a}$ _G Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung des Geschosses
$\vec{p}$ _Z, $\vec{υ}$ _Z, $\vec{a}$ _Z Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung des Zieles
$\vec{p}$ _rel, $\vec{υ}$ _rel, $\vec{a}$ _rel relative Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung Geschoss-Ziel
Position der Rohrmündung
α, λ Azimut und Elevation des Geschützrohres
$\vec{υ}$ _o Vorhalt-Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses
$\vec{υ}$ _o Betrag der Komponente der Vorhalt-Anfangsgeschwindigkeit der Geschosses in Rohrrichtung
$\vec{υ}$ _m Betrag der Komponente der effektiven Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses in Rohrrichtung
TG Vorhalt Flugzeit des Geschosses
t* Flugzeit des Geschosses
t_o Zeitpunkt zu dem das Geschoss die Rohrmündung passiert.

Die Aufdatierungs-Recheneinheit 11 errechnet aus dem von der Korrektur-Recheneinheit 12 zugeführten Korrekturfaktor K, der von der Auswerteschaltung 10 zugeführten aktuellen gemessenen Geschossgeschwindigkeit Vm und der von der Vorhalt-Recheneinheit 9 zugeführten Vorhaltgeschwindigkeit Vov und Zerlegungszeit Tz eine korrigierte Zerlegungszeit Tz (Vm) nach der Beziehung $Tz (Vm) = Tz + K ∗ (Vm-VOv).$

Die korrigierte Zerlegungszeit Tz (Vm) wird je nach Zeitgültigkeit für die aktuelle laufende Zeit t interpoliert bzw. extrapoliert. Die neu errechnete Zerlegungszeit Tz(Vm,t) wird der Sendespule 27 des Programmierteils 23 der Messvorrichtung 14 zugeführt und wie bereits vorstehend anhand der Fig.2 beschrieben induktiv auf ein vorbeifliegendes Geschoss 18 übertragen.

Mit der Korrektur der Zerlegungszeit Tz kann die Zerlegungsdistanz Dz (Fig.3,4) unabhängig von den Streuungen der Geschossgeschwindigkeit gleichbleibend gehalten werden, so dass eine optimale Treff-bzw. Abschusswahrscheinlichkeit erzielt werden kann.

Anstatt Gleichung Gl.9, kann bei Annahme gestreckter Ballistik auch gesetzt werden, wobei dieser Ansatz in erster Ordnung bei Berücksichtigung der Fallwinkel für eine kurze Ballistik zum gleichen Ergebnis für den Korrekturfaktor K führt.

Verfahren zur Bestimmung einer korrigierten Zerlegungszeit (Tz(Vm)) eines aus einem Geschützrohr (13) abgeschossenen, programmier zerlegbaren Geschosses (12), zwecks gleichbleibend Halten einer gegebenen Zerlegungsdistanz (Dz) zwischen einem Zerlegungspunkt (Pz) des Geschosses (12) und einem Treffpunkt (Pf) des Geschosses (12) mit einem eine Geschwindigkeit aufweisenden Zielobjekt, wobei - Sensordaten gemessen werden, aus welchen eine Treffdistanz (RT) vom Geschützrohr (13) zum Zielobjekt berechnet wird,

- an der Mündung des Geschützrohres (13) die Geschwindigkeit (Vm) des abgeschossenen Geschosses gemessen wird, und

- der Bestimmung der korrigierten Zerlegungszeit (Tz(Vm)) mindestens - die genannte Treffdistanz (RT),

- die genannte Geschwindigkeit (Vm) des Geschosses (12) sowie

- die Zerlegungsdistanz (Dz) zugrunde gelegt wird,

dadurch gekennzeichnet,

- dass aus den gemessenen Sensordaten im weiteren eine Vorhaltegeschwindigkeit (Vov) des Geschosses ermittelt wird, und

- dass die korrigierte Zerlegungszeit (Tz(Vm)) aus der ursprünglich festgelegten Zer legungszeit (Tz) durch die Beziehung

Tz (Vm) = Tz + K ∗ (Vm-Vov)

bestimmt wird, in welcher Beziehung Tz (Vm) die korrigierte Zerlegungszeit,

Tz die ursprünglich festgelegte Zerlegungszeit,

K einen Korrekturfaktor,

Vm die aktuelle gemessene Geschossgeschwindigkeit an der Mündung und

Vov eine Vorhaltgeschwindigkeit des Geschosses bedeuten.

- wobei der Korrekturfaktor (K) ausgehend von der Definition

K := D_{1} t {* (υ}_{o}) = - \frac{〈 {\vec{υ}}_{rel} {(υ}_{o}), \frac{∂ ​_{{\vec{p}}_{G}}}{∂ ​_{υ_{o}}} 〉}{〈 {\vec{υ}}_{rel} {(υ}_{o}), {\vec{υ}}_{rel} {(υ}_{o})〉}

und der Ableitung der Geschossposition nach dem Betrag der Anfangsgeschwindigkeit bei Annahme einer gestreckten Ballistik sowie der ballistischen Lösung und der Treffbedingung durch folgende Berechnungsschritte in Beziehung zu einer Flugzeit (TG) des Geschosses, den Geschützwinkeln (α, λ) und der Vorhaltgeschwindigkeit gesetzt wird, - differenzieren der Gleichung Gl.10 nach der Zeit t_o liefert wobei Gleichung Gl.11 eine Zerlegung der Zielgeschwindigkeit in die Geschossgeschwindigkeit und einen Vektor (

\vec{C}

) darstellt, und wobei ist,

- vernachlässigen des Ausdrucks in Gleichung Gl.11.1,

- definieren der Ableitung D₃ in Gleichung Gl.11.1

- vernachlässigen der Elevation des Geschützrohres (13), wobei ist und sich annähernd ergibt, so dass Gleichung Gl.12 als geschrieben werden kann, wobei

\vec{ω}

ein Drehvektor senkrecht zu einer Drehebene ist,

- voraussetzen, dass die Winkelgeschwindigkeit des Geschützrohres (13) um seine momentane Drehachse dem Betrag nach gleich der Winkelgeschwindigkeit der

\vec{p}

_G(TG(t_o), ist, so dass sich ergibt,

- voraussetzen, dass bei gestreckter Ballistik die Geschossgeschwindigkeit ungefähr parallel zur Zielrichtung ist, das heisst ist und aus Gleichung Gl.11 eine die Zerlegung der Zielgeschwindigkeit in zwei orthogonale Komponenten ausdrückende Gleichung Gl.15 gewonnen wird

- einsetzen von Gleichung Gl.9 in Gleichung Gl.8 unter Berücksichtigung der Definition von und der Definitionen

υ_{Z} := ∥ {\vec{υ}}_{Z} (t_{o} + TG (t_{o}))∥

ergibt

- berücksichtigen der Definitionen für p_G, v_G und v_Z ergibt aus Gleichung Gl.14 und Gl.15 sowie

υ_{Z}^{2} = {(\frac{\frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})}{1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})})}^{2} {· υ}_{G}^{2} + \frac{ω^{2} · p_{G}^{2}}{{(1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o}))}^{2}},

so dass wird,

- kürzen von Gleichung Gl.16 mit

\frac{υ_{G}^{2}}{{(1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o}))}^{2}},

so dass sich der Korrekturfaktor (K) zu

K = - \frac{1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})}{1 + \frac{p_{G}^{2}}{υ_{G}^{2}} {· ω}^{2}} · \frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}}

ergibt, wobei

\vec{p}

_G,

\vec{υ}

_G,

\vec{a}

_G Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung des Geschosses

\vec{p}

_Z,

\vec{υ}

_Z,

\vec{a}

_Z Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung des Zieles

\vec{p}

_rel,

\vec{υ}

_rel,

\vec{a}

_rel relative Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung Geschoss-Ziel

Position der Rohrmündung

α, λ Azimut und Elevation des Geschützrohres

\vec{υ}

_o Vorhalt-Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses

\vec{υ}

_o Betrag der Komponente der Vorhalt-Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses in Rohrrichtung

\vec{υ}

_m Betrag der Komponente der effektiven Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses in Rohrrichtung

TG Vorhalt-Flugzeit des Geschosses

t* Flugzeit des Geschosses

t_o Zeitpunkt zu dem das Geschoss die Rohrmündung passiert bedeuten.

Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grössen

\frac{p_{G}^{2}}{υ_{G}^{2}}

und

\frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}}

der Gleichung Gl.17 nach den Gleichungen

\frac{p_{G}}{υ_{G}} = TG (t_{o}) · (1 + \frac{1}{2} · q · \sqrt{∥ {\vec{υ}}_{o} (t_{o})∥ ∥ {\vec{υ}}_{n} ∥} · TG (t_{o}))

\frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}} = \frac{TG (t_{o}) · (1 + \frac{1}{4} · q · \sqrt{∥ {\vec{υ}}_{o} (t_{o})∥ ∥ {\vec{υ}}_{n} ∥} · TG (t_{o}))}{∥ \vec{υ}_{o} (t_{o})∥}

ermittelt werden, wobei

q := {cω}_{n} · \frac{Luftdichte·Geschossquerschnitt}{2·Geschossmasse}

und

\vec{υ}

_n eine Geschossgeschwindigkeit ist, die sich auf den cw-Wert bezieht, und dass die Gleichungen Gl.18 und Gl.19 in Gleichung Gl.17 eingesetzt werden, wobei sich ergibt.

Method for determining a corrected fragmentation time (Tz(Vm)) for a programmably fragmentable projectile (12) fired from a gun-barrel (13) with a view to maintaining constant a given fragmentation distance (Dz) between a point of fragmentation (Pz) of the projectile (12) and a point of collision (Pf) of the projectile (12) with a target travelling at speed, in which - sensor data are measured from which a strike distance (RT) from the gun-barrel (13) to the target is computed,

- the velocity (Vm) of the fired projectile is measured at the muzzle of the gun-barrel (13), and

- determination of the corrected fragmentation time (Tz(Vm)) is based upon at least - the said strike distance (RT),

- the said velocity (Vm) of the projectile (12), and

- the fragmentation distance (Dz),

characterized in that - a predicted velocity (VOv) of the projectile is also determined from the measured sensor data, and

- the corrected fragmentation time (Tz(Vm)) is determined from the originally defined fragmentation time (Tz) by the relation

Tz(Vm) = Tz + K x (Vm - VOv)

in which Tz(Vm) stands for the corrected fragmentation time,

Tz is the originally defined fragmentation time,

K is a correction factor,

Vm is the presently measured muzzle velocity of the projectile and

VOv is a predicted velocity of the projectile, where the correction factor (K) - which is based upon the definition

K := D_{1} t {* (υ}_{o}) = - \frac{〈 {\vec{υ}}_{rel} {(υ}_{o}), \frac{∂ ​_{{\vec{p}}_{G}}}{∂ ​_{υ_{o}}} 〉}{〈 {\vec{υ}}_{rel} {(υ}_{o}), \vec{υ}_{rel} {(υ}_{o})〉}

and the derivative of the projectile's position according to the amount of initial velocity, assuming a flat trajectory and also upon the ballistic solution and the strike condition

- is found by the following calculation steps in relation to a flight time (TG) of the projectile, the gun angles (α, λ), and the predicted velocity:

- differentiating Equation 10 with respect to time t_o, to give where Equation 11 represents a breakdown of target speed into a projectile velocity and a vector(

\vec{C}

), and where

- disregarding the expression in Equation 11.1,

- defining the derivative D₃ in Equation 11.1

- disregarding the elevation of the gun-barrel (13) so that and as an approximation and so that Equation 12 can be written as where

\vec{ω}

is a rotating vector perpendicular to a plane of rotation,

- assuming that the angular velocity of the gun-barrel (13) about its instantaneous axis of rotation is equal in magnitude to the angular velocity of

\vec{p}

_G(TG(t_o), so that

- assuming that in the case of a flat trajectory the velocity of the projectile is approximately parallel with the target direction, i.e. that and an equation (Equation 15) expressing the breakdown of the target velocity into two orthogonal components is derived from Equation 11:

- inserting Equation 9 into Equation 8, taking into account the definition for and the definitions

υ_{Z} := ∥ {\vec{υ}}_{Z} (t_{o} + TG (t_{o}))∥

to yield

- taking into account the definitions for p_G, v_G and v_Z, to obtain from Equations 14 and 15 and

υ_{Z}^{2} = {(\frac{\frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})}{1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})})}^{2} {· υ}_{G}^{2} + \frac{ω^{2} · p_{G}^{2}}{{(1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o}))}^{2}},

, so that

- cancelling

\frac{υ_{G}^{2}}{{(1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o}))}^{2}}

in Equation 16 so that the correction factor K becomes

K = - \frac{1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})}{1 + \frac{p_{G}^{2}}{υ_{G}^{2}} {· ω}^{2}} · \frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}}

where

\vec{p}

_G,

\vec{υ}

_G,

\vec{a}

_G stand for the position, velocity, acceleration of the projectile

\vec{p}

_Z,

\vec{υ}

_Z,

\vec{a}

_Z the position, velocity, acceleration of the target

\vec{p}

_rel,

\vec{υ}

_rel,

\vec{a}

_rel the relative position, velocity, acceleration of the projectile/target

the position of the muzzle

α, λ the azimuth and elevation of the gun-barrel

\vec{υ}

_o a predicted initial velocity of the projectile

υ_o the value of the predicted initial velocity component of the projectile in the direction of the barrel

υ_m the value of the actual initial velocity component of the projectile in the direction of the barrel

TG the predicted flight time of the projectile

t* the flight time of the projectile

t_o the instant at which the projectile passes through the muzzle of the barrel.

Method according to Claim 1,
characterized in that the values of the variables

\frac{p_{G}^{2}}{υ_{G}^{2}}

and

\frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}}

of Equation 17 are given by the equations

\frac{p_{G}}{υ_{G}} = TG (t_{o}) · (1 + \frac{1}{2} · q · \sqrt{∥ {\vec{υ}}_{o} (t_{o})∥ ∥ {\vec{υ}}_{n} ∥} · TG (t_{o}))

\frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}} = \frac{TG (t_{o}) · (1 + \frac{1}{4} · q · \sqrt{∥ {\vec{υ}}_{o} (t_{o})∥ ∥ {\vec{υ}}_{n} ∥} · TG (t_{o}))}{∥ \vec{υ}_{o} (t_{o})∥}

where

q := c ω_{n} · \frac{air density · projectile cross-section}{2 · projectile mass}

and

\vec{υ}

_n stands for a velocity of the projectile that relates to the aerodynamic drag factor and in that Equations 18 and 19 are inserted into Equation 17, so that

Procédé de détermination d'un temps de désintégration corrigé (Tz(Vm)) d'un projectile (12) programmable et frangible et tiré d'un canon (13), afin de maintenir constante une distance de désintégration donnée (Dz) entre un point de désintégration (Pz) du projectile (12) et un point d'impact (Pf) du projectile (12) avec une cible présentant une vitesse, où - des données de détecteur sont mesurées, à partir desquelles on calcule une distance d'impact (RT) du canon (13) à la cible,

- on mesure au niveau de la bouche du canon (13) la vitesse Vm du projectile tiré, et

- on utilise pour déterminer le temps de désintégration corrigé (TZ(Vm)) au moins - la distance d'impact nommée (RT)

- la vitesse nommée (Vm) du projectile (12) et

- la distance de désintégration (Dz),

caractérisé en ce que

- à partir des données de détecteur mesurées, on détermine de plus une vitesse de dérivation (VOv) du projectile, et en ce que

- le temps de désintégration corrigé (Tz(Vm)) est déterminé à partir du temps de désintégration originellement défini (Tz) par la relation

Tz(Vm) = Tz + K * (Vm - VOv)

dans laquelle Tz(Vm) Temps de désintégration corrigé

Tz Temps de désintégration originellement fixé

K Facteur de correction

Vm Vitesse du projectile actuellement mesurée au niveau de la bouche et

VOv Vitesse de dérivation du projectile

- où le facteur de correction (K), en partant de la définition

K := D_{1} t {* (υ}_{o}) = - \frac{〈 {\vec{υ}}_{rel} {(υ}_{o}), \frac{∂ ​_{{\vec{p}}_{G}}}{∂ ​_{υ_{o}}} 〉}{〈 {\vec{υ}}_{rel} {(υ}_{o}), {\vec{υ}}_{rel} {(υ}_{o})〉}

et de la dérivation de la position du projectile, est donné en fonction du montant de la vitesse de départ en supposant une balistique tendue ainsi que de la résolution balistique et de la condition d'impact par les étapes de calcul suivantes en relation avec un temps de vol (TG) du projectile, les angles de pointage (α, λ) et la vitesse de dérivation,

- la dérivation de l'équation Eq. 10 selon le temps t₀ donne où l'équation Eq. 11 représente une décomposition de la vitesse de l'objectif en une vitesse de projectile et un vecteur (

\vec{C}

) , et où

- on néglige l'expression dans l'équation Eq. 11.1,

- on définit la dérivée D₃ dans l'équation Eq. 11.1

- on néglige l'élévation du canon (13), où ce qui donne approximativement si bien que l'équation Eq. 12 peut s'écrire de la façon suivante

\vec{ω}

étant un vecteur tournant perpendiculaire à un plan de rotation,

- en supposant que la vitesse angulaire du canon (13) autour de son axe de rotation instantané correspond, en terme de montant, à la vitesse angulaire de

\vec{p}

_G(TG(t_o), on obtient

- en supposant que, avec une balistique tendue, la vitesse du projectile est approximativement parallèle à la direction de l'objectif, cela signifie que et que l'on obtient à partir de l'équation Eq. 11 une équation Eq. 15 exprimant la décomposition de la vitesse d'objectif en deux composantes orthogonales

- on utilise l'équation Eq. 9 dans l'équation Eq. 8 en considérant la définition de et les définitions

υ_{Z} := ∥ {\vec{υ}}_{Z} (t_{o} + TG (t_{o}))∥

pour donner

- on prend en compte les définitions de p_G, v_G et v_Z, pour donner, à partir de l'équation Eq. 14 et Eq. 15 et

υ_{Z}^{2} = {(\frac{\frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})}{1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})})}^{2} {· υ}_{G}^{2} + \frac{ω^{2} · p_{G}^{2}}{{(1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o}))}^{2}},

d'où

- on simplifie l'équation Eq. 16 avec

\frac{υ_{G}^{2}}{{(1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o}))}^{2}},

ce qui donne le facteur de correction (K)

K = - \frac{1 + \frac{∂ TG}{∂ t_{o}} (t_{o})}{1 + \frac{p_{G}^{2}}{υ_{G}^{2}} {· ω}^{2}} · \frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}}

où

\vec{p}

_G,

\vec{υ}

_G,

\vec{a}

_G Position, vitesse, accélération du projectile

\vec{p}

_Z,

\vec{υ}

_Z,

\vec{a}

_Z Position, vitesse, accélération de l'objectif

\vec{p}

_rel,

\vec{υ}

_rel,

\vec{a}

_rel Position, vitesse, accélération relatives projectile-objectif

Position de la bouche du canon

α,λ Azimut et élévation du canon

\vec{υ}

_o Vitesse de dérivation de départ du projectile

υ_o Montant de la composante de vitesse de dérivation de départ du projectile dans la direction du tube

υ_m Montant de la composante de vitesse de départ effective du projectile dans la direction du tube

TG Dérivation du temps de vol du projectile

t* Temps de vol du projectile

t_o Moment où le projectile passe la bouche du canon.

Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que les grandeurs

\frac{p_{G}^{2}}{υ_{G}^{2}}

\frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}}

de l'équation Eq. 17 sont déterminées d'après les équations

\frac{p_{G}}{υ_{G}} = TG (t_{o}) · (1 + \frac{1}{2} · q · \sqrt{∥ {\vec{υ}}_{o} (t_{o})∥ ∥ {\vec{υ}}_{n} ∥} · TG (t_{o}))

\frac{||\frac{∂ {\vec{p}}_{G}}{{∂υ}_{o}}||}{υ_{G}} = \frac{TG (t_{o}) · (1 + \frac{1}{4} · q · \sqrt{∥ {\vec{υ}}_{o} (t_{o})∥ ∥ {\vec{υ}}_{n} ∥} · TG (t_{o}))}{∥ \vec{υ}_{o} (t_{o})∥}

où

q := c ω_{n} · \frac{densité d'air · section du projectile}{2 · poids du projectile}

\vec{υ}

_n est une vitesse du projectile qui se rapporte au coefficient cw, et en ce que les équations Eq. 18 et Eq. 19 sont utilisées dans l'équation Eq. 17, pour donner