Verfahren und Vorrichtung zur Berechnung und Korrektur der Zerlegungszeit eines drallstabilisierten programmierbaren Geschosses

Abstract

 Bei diesem Geschoss wird die Ermittlung der für die Korrekturrechnung erforderlichen aktuellen Geschossgeschwindigkeit und die Korrektur der Zerlegungszeit (Tz(v_o)) im Geschoss nach dessen Abschuss durchgeführt. Die Geschwindigkeitsmessung erfolgt in Form der Messung einer ersten Zeit (t), die eine bestimmte Anzahl Umdrehungen (N_m) des Geschosses benötigt, wobei eine mit einem Korrekturfaktor zu multiplizierende Geschwindigkeitsdifferenz aus der aktuellen Geschossgeschwndigkeit und einer Vorhaltgeschwindigkeit des Geschosses durch eine aus der ersten Zeit (t) und einer vorgegebenen zweiten Zeit (t_m) gebildete Zeitdifferenz (t-t_m) ausgedrückt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Berechnung und Korrektur der Zerlegungszeit eines drallstabilisierten programmierbaren Geschosses, wobei zur Zerlegungszeit ein mit einer Geschwindigkeitsdifferenz multiplizierter Korrekturfaktor addiert wird, und wobei die Geschwindigkeitsdifferenz aus einer aktuell gemessenen Geschossgeschwindigkeit und einer Vorhaltgeschwindigkeit des Geschosses gebildet wird.

[0002] Derartige Geschosse, wie sie beispielsweise mit einer Druckschrift OC 2052 d 94 der Firma Oerlikon Contraves, Zürich, bekannt geworden sind, weisen Subprojektile auf, die ein angreifendes Ziel durch mehrfache Treffer zerstören können, wenn nach Ausstossen der Subprojektile im Zerlegungszeitpunkt das Erwartungsgebiet des Ziels von einer durch die Subprojektile gebildeten Wolke belegt ist. Hierbei kann durch Streuungen einer vorgegebenen optimalen Zerlegungsdistanz, die beispielsweise durch Streuungen der Geschossgeschwindigkeit verursacht werden, nicht immer eine gute Treff- bzw. Abschusswahrscheinlichkeit erreicht werden.

[0003] Mit den europäischen Patentanmeldungen EP 0 802 390, EP 0 802 391 und EP 0 802 392 ist ein Verfahren zur Berechnung der Zerlegungszeit eines programmierbaren Geschosses vorstehend beschriebener Art bekannt geworden, mittels welchem die Treff- bzw. Abschusswahrscheinlichkeit verbessert werden kann. Der Berechnung wird mindestens eine aus Sensordaten ermittelte Treffdistanz zu einem Zielobjekt, eine an der Mündung eines Geschützrohres gemessenen Geschossgeschwindigkeit und eine vorgegebene optimale Zerlegungsdistanz zwischen einem Treffpunkt des Zieles und einem Zerlegungspunkt des Geschosses zugrunde gelegt. Die gegebene optimale Zerlegungsdistanz wird durch Korrektur der Zerlegungszeit des Geschosses gleichbleibend gehalten. Die Korrektur erfolgt, indem zur Zerlegungszeit ein mit einer Geschwindigkeitsdifferenz multiplizierter Korrekturfaktor addiert wird. Die Geschossgeschwindigkeitsdifferenz wird aus der Differenz der aktuellen gemessenen Geschossgeschwindigkeit und einer Vorhaltegeschwindigkeit des Geschosses gebildet, wobei die Vorhaltegeschwindigkeit aus dem Mittelwert einer Anzahl vorhergehender, aufeinanderfolgender Geschossgeschwindigkeiten errechnet wird. Die korrigierte Zerlegungszeit wird beim Abschuss zwecks Einstellung eines Zeitzünders des Geschosses induktiv auf das Geschoss übertragen.

[0004] Die aktuelle Geschossgeschwindigkeit wird bei diesem Verfahren mittels einer an der Mündung des Geschützrohres angeordneten Messvorrichtung ermittelt. Die Messvorrichtung besteht aus zwei in einem bestimmten Abstand voneinander angeordneten Ringspulen. Beim Durchgang eines Geschosses durch die beiden Ringspulen wird aufgrund der dabei auftretenden Aenderung des magnetischen Flusses kurz hintereinander in jeder Ringspule ein Impuls erzeugt. Die Impulse werden einer Auswertelektronik zugeführt, in welcher aus dem zeitlichen Abstand der Impulse und dem Abstand zwischen den Ringspulen die Geschossgeschwindigkeit errechnet wird.
Für Geschütze die von ihrem Aufbau die heutige Basis nicht erlauben (z.B. bestimmte Gattling, Geschütze mit grossen Geschossen usw.), ist es ein Vorteil die Informationsübertragungen und die Messergebnisse anderswo als bei der Mündung zu bearbeiten und übertragen.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren gemäss Oberbegriff vorzuschlagen, bei dem vorstehend erwähnte Nachteile vermieden werden.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 8 angegebene Erfindung gelöst. Hierbei wird die Ermittlung der Geschossgeschwindigkeit und die Korrektur der Zerlegungszeit im Geschoss nach dessen Abschuss durchgeführt. Die Geschwindigkeitsmessung erfolgt in Form der Messung einer ersten Zeit, die eine bestimmte Anzahl Umdrehungen des Geschosses benötigt, wobei die mit dem Korrekturfaktor zu multiplizierende Geschwindigkeitsdifferenz durch eine aus der ersten Zeit und einer vorgegebenen zweiten Zeit gebildete Zeitdifferenz ausgedrückt wird.

[0007] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass Fehler, die bei Benutzung von an den Rohrmündungen der Geschütze angeordneten Messvorrichtungen entstehen könnten wegfallen, und dass die Geschosse auch für Geschütze ohne derartige Messvorrichtungen verwendet werden können.

[0008] Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein Blockschema des erfindungsgemässen Berechnungsverfahrens in einer ersten Ausführung,

Fig. 2

ein Blockschema einer Variante des Berechnungsverfahrens gemäss Fig. 1,

Fig. 3

ein Blockschema des Berechnungsverfahrens in einer zweiten Ausführung, und

Fig. 4

ein Blockschema einer Variante des Berechnungsverfahrens gemäss Fig. 3.

[0009] In der Fig. 1 ist mit G ein Geschoss bezeichnet, in welches vor dem Abschuss eine bestimmte Anzahl Umdrehungen N_m, eine vorgegebene zweite Zeit t_m, eine Zerlegungszeit Tz(v_o) und ein zweiter Korrekturfaktor K', der unter Berücksichtigung eines ersten, aus dem genannten Stand der Technik bekannten Korrekturfaktors K wie nachstehend näher beschrieben errechnet wird, übertragen werden. Hierbei ist die übertragene Zerlegungszeit Tz(v_o) von einer in einer Vorhaltrechnung oder in einer Einrichtung zwischen Vorhaltrechnung und Übertragung benutzten Grösse

abhängig.

[0010] Zur Verarbeitung der übertragenen Informationen weist das Geschoss eine nicht näher dargestellte und beschriebene Vorrichtung auf, die aus mindestens einer Empfangseinrichtung für die übertragenen Informationen, einer Geschoss-Umdrehungs-Messeinrichtung für die Geschossumdrehungen (z.B. magnetisch usw.), einem Zähler für die Zählung der Geschossumdrehungen, einem Komparator, einen Taktgenerator und einer Recheneinrichtung für Substraktion, Addition und Multiplikation besteht.

[0011] Beim Abschuss des Geschosses werden der Zähler und der Taktgenerator gestartet, wobei bei Gleichheit des Zählerstandes und der bestimmten Anzahl Umdrehungen N_m eine für die Zählung benötigte erste Zeit t durch das Taktsignal des Taktgenerators bestimmt wird. Danach wird aus der ersten und zweiten Zeit t, t_m eine Zeitdifferenz t-t_m gebildet, die mit dem zweiten Korrekturfaktor K' multipliziert wird. Dann wird die Zerlegungszeit Tz(v_o) zur mit dem zweiten Korrekturfaktor K' multiplizierten Zeitdifferenz t-t_m addiert und so die korrigierte Zerlegungszeit Tz(v) gemäss nachstehend abgeleiteter Gleichung (5) gewonnen.

[0012] Gemäss Fig.2 wird die vorgegebene zweite Zeit t_m im Geschoss nach einer Beziehung

errechnet, wobei T_rech eine im Geschoss vorprogrammierte Rechenzeit für die Operationen im Geschoss bedeutet, die nachstehend näher erläutert wird.

[0013] Nach Fig.3 wird anstelle der Zerlegungszeit Tz(v_o) eine Anzahl Umdrehungen N(v_o), die das Geschoss mit der Anfangsgeschwindigkeit v_o während dieser Zeit machen würde und anstelle des zweiten Korrekturfaktors K' ein dritter, unter Berücksichtigung des ersten Korrekturfaktors K aus dem genannten Stand der Technik errechneter Korrekturfaktor K_N verwendet, wobei als Endergebnis eine korrigierte effektive Anzahl Umdrehungen N(v) gemäss nachstehend abgeleiteter Gleichung (4) gewonnen wird.

[0014] Gemäss Fig.4 wird die bestimmte Anzahl Umdrehungen N_m im Geschoss nach einer Beziehung

errrechnet, wobei N_rech eine im Geschoss vorprogrammierte konstante Grösse bedeutet, die nachstehend näher erläutert wird.

[0015] Die zweite Zeit t_m sollte nur unwesentlich kleiner sein als die Zerlegungszeit Tz, um die Messgenauigkeit der effektiven Anzahl Umdrehungen zu maximieren. Andererseits muss die Zeitspanne Tz-t_m genügend gross sein um die Korrekturrechnungen während der Rechenzeit T_rech durchzuführen. Dabei ist eine mögliche Schwankung der Meteo respektiv der effektiven Anfangsgeschwindigkeit v_o innerhalb eines gewissen Toleranzintervalls um der standard Meteo respektiv v_o zu berücksichtigen. Insbesondere soll genügend Rechenzeit bezüglich einer gewissen maximalen Geschwindigkeit des Geschosses zur Verfügung stehen. Ferner ist die Wahl von T_rech abhängig vom Einsatzbereich des Geschützes und von äusseren Faktoren, wie z.B. Störern.

[0016] Die Grösse

ist diejenige konstante Anzahl von Umdrehungen, die das Geschoss während der Flugzeit zwischen t_m und t_m+T_rech höchstens ausführen kann. Die Grösse N_rech ist festgelegt und beträgt beispielsweise 700 Umdrehungen, was einer Rechenzeit T_rech (T_rech und N_rech sind Kenngrössen - bekannt im Geschoss der Fig. 2 und 4 - und in der Vorrichtung) von ungefähr 3/4 Sekunden entspricht.

[0017] Bei der Berechnung der Korrektuifaktoren K_N und K' wird von einem Gesetz in Form einer Tabelle, einer Funktion oder Approximation zur Drehzahlabnahme des Geschosses ausgegangen, wobei angenommen wird, dass das Gesetz durch eine Funktion

gegeben ist, in welcher unter Meteo Einflüsse wie Druck, Temperatur und Wind zusammengefasst sind. Die Grösse Elevation bezeichnet den Elevationswinkel eines Geschützrohres, t die Flugzeit und v_o die Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses. Im folgenden wird wegen Vereinfachung der Ausdrücke die Abhängigkeit von Meteo und Elevation weggelassen, so dass

wird. Die Anzahl Umdrehungen

des Geschosses mit der Anfangsgeschwindigkeit v_o im Zeitintervall von 0 bis t beträgt dann

[0018] Mit der aus der Vorhaltrechnung für die Ballistik des Geschosses errechneten Zerlegungszeit

ergibt sich die aus dem genannten Stand der Technik bekannte korrigierte Zerlegungszeit

[0019] Mit einer in Gleichung (1) für t eingesetzten vorgegebenen Zeit t_m < Tz wird die Anzahl Umdrehungen, die das Geschoss mit der Anfangsgeschwindigkeit v_o bis zur Zeit t_m ausführt zu

definiert.
Nach einer aus dem Satz über implizite Funktionen hergeleiteten Funktion für die Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses

, ergibt sich für Zeiten t in der Nähe von t_m

wobei für die Geschwindigkeitsdifferenz (v-v_o) in Gleichung (1) in erster Ordnung

geschrieben werden kann. Aus Gleichung (3) ist ersichtlich, dass mit der Messung der Zeit t, welche benötigt wird bis das Geschoss die Anzahl Umdrehungen N_m gemacht hat, auf die effektive Anfangsgeschwindigkeit v geschlossen werden kann.
Im Hinblick auf Gleichung (2) gilt in erster Ordnung

[0020] Mit Hilfe von Gleichung (3) wird auf

geschlossen, so dass der dritte Korrekturfaktor K_N als

definiert ist, und sich für die Anzahl Umdrehungen bis zur korrigierten Zerlegungszeit Tz(v)

ergibt.
Ausgehend von den Gleichungen (2) und (3) gilt in erster Ordnung

so dass der zweite Korrekturfaktor K' als

definiert ist. und sich für die korrigierte Zerlegungszeit Tz(v)

ergibt.

[0021] Die Grösse D₂N(t_m, v_o) ergibt sich aus der v_o-Variation der Gleichung (1) und der bereits auf Seite 5 erwähnten folgenden Funktion

Liste der Abkürzungen und Formelzeichen

[0022] 

Tz(v_o)

Zerlegungszeit (unkorrigiert)

Tz(v)

Zerlegungszeit (korrigiert)

N_m

bestimmte Anzahl Umdrehungen des Gechosses

N(v_o)

Anzahl Umdrehungen bis zur Zerlegungszeit Tz(v_o), (Abkürzung für N(Tz(v_o),v_o))

N(v)

Anzahl Umdrehungen bis zur Zerlegungszeit Tz(v), (Abkürzung für N(Tz(v),v))

K

erster Korrekturfaktor

K'

zweiter Korrekturfaktor

K_N

dritter Korrekturfaktor

T_rech

vorprogrammierte Rechenzeit für die Korrekturrechnung (Kenngrösse)

N_rech

vorprogrammierte Anzahl Umdrehungen (Kenngrösse)

t

generische Flugzeit, und gemessene Zeit für N_m Umdrehungen (erste Zeit)

t_m

vorgegebene Zeit (zweite Zeit)

v

generische Geschwindigkeit

v_o

Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses (benutzt für die Vorhaltrechnung (z.B.v_o=V0_typ)

D₁N(t,v)

Ableitung von N(t,v) nach der ersten Variablen t

D₂N(t,v)

Ableitung von N(t,v) nach der zweiten Variablen v

G

Geschoss

Ansprüche

1. Verfahren zur Berechnung und Korrektur der Zerlegungszeit
eines drallstabilisierten programmierbaren Geschosses, wobei zur Zerlegungszeit ein mit einer Geschwindigkeitsdifferenz multiplizierter erster Korrekturfaktor (K) addiert wird, und wobei die Geschwindigkeitsdifferenz aus einer aktuell gemessenen Geschossgeschwindigkeit und und einer Vorhaltgeschwindigkeit des Geschosses gebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass

die Ermittlung der aktuellen Geschossgeschwindigkeit und die Korrektur der Zerlegungszeit im Geschoss nach dessen Abschuss durchgeführt wird, wobei die Geschwindigkeitsmessung in Form der Messung einer ersten Zeit (t) erfolgt, die eine bestimmte Anzahl Umdrehungen (N_m) des Geschosses benötigt, und wobei die Geschwindigkeitsdifferenz durch eine aus der ersten Zeit (t) und einer vorgegebenen zweiten Zeit (t_m) gebildete Zeitdifferenz (t-t_m) ausgedrückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass

- in einem ersten Schrift beim Abschuss des Geschosses ein Zähler für die Zählung der Geschossumdrehungen und ein Taktsignal gestartet werden, wobei bei Gleichheit des Zählerstandes und der bestimmten Anzahl Umdrehungen (N_m) die für die Zählung benötigte erste Zeit durch das Taktsignal gegeben ist,

- in einem zweiten Schritt die Zeitdifferrenz (t-t_m) gebildet wird,

- in einem dritten Schrift die Zeitdifferenz (t-t_m) mit einem zweiten Korrekturfaktor (K') multipliziert wird, und

- in einem vierten Schrift die Zerlegungszeit (Tz(v_o)) zur mit dem zweiten Korrekturfaktor (K') multiplizierten Zeitdifferenz (t-t_m) addiert und so die korrigierte Zerlegungszeit (Tz(v)) gewonnen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass

die vorgegebene zweite Zeit (t_m) im Geschoss nach der Beziehung

errechnet wird, wobei

- Tz(v_o)   die unkorrigierte Zerlegungszeit, und

T_rech   mindestens die Rechenzeit für die Korrekturrechnung bedeuten.

4. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass

im vierten Schritt anstelle der Zerlegungszeit (Tz(v_o)) eine Anzahl Umdrehungen (N(v_o)) des Geschosses bis zu dieser Zeit zur mit einem dritten Korrekturfaktor (K_N) multiplizierten Zeitdifferenz (t-t_m) addiert und so eine korrigierte Anzahl Umdrehungen (N(v)) gewonnen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass

die bestimmte Anzahl Umdrehungen (N_m) im Geschoss nach der Beziehung

errechnet wird, wobei

N(v_o)   die Anzahl Umdrehungen bis zur unkorrigierten Zerlegungszeit

(Tz(v_o)   bei Anfangsgeschwindigkeit v_o, und

N_rech   eine im Geschoss vorprogrammierte Anzahl Umdrehungen bedeuten.

6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass

der dritte Korrekturfaktor (K_N) ausgehend von der Annahme, dass ein aus der Erfahrung gewonnenes Gesetz über die Drehzahlabnahme eines Geschosses durch eine Funktion

gegeben ist,

und der Anzahl Umdrehungen

des Geschosses mit der Anfangsgeschwindigkeit v_o im Zeitintervall von 0 bis t

sowie der an sich bekannten Beziehung für die korrigierte Zerlegungszeit (Tz(v))

durch folgende Berechnungsschritte ermittelt wird

-- Wahl der vorgegebenen zweiten Zeit t_m < Tz und Definition der Anzahl Umdrehungen

weiche das Geschoss mit einer Anfangsgeschwindigkeit v_o bis zur vorgegebenen zweiten Zeit t_m macht,

-- Berücksichtigung einer aus dem Satz über implizite Funktionen hergeleiteten Funktion

für die Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses, so dass für Zeiten t in der Nähe von t_m

gilt, wobei für die Geschwindigkeitsdifferenz (v-v_o) in Gleichung (1) in erster Ordnung

geschrieben werden kann,

-- Durchführung einer ersten Näherung im Hinblick auf Gleichung (2)

-- mit Hilfe von Gleichung (3) auf

schliessen, so dass der dritte Korrekturfaktor (K_N) als

definiert ist, und sich für die Anzahl Umdrehungen bis zur korrigierten Zerlegungszeit (Tz(v))

ergibt wobei

N(Tz(v_o),v_o) Anzahl Umdrehungen bis zur Zerlegungszeit     Tz(v_o)

N(Tz(v),v) Anzahl Umdrehungen bis zur Zerlegungszeit     Tz(v)

D₁N(t,v)die Ableitung von N(t,v) nach der ersten     Variablen t,

D₂N(t,v)die Ableitung von N(t,v) nach der zweiten     Variablen v,
und

K     der erste Korrekturfaktor gemäss Stand der Technik bedeuten.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass

ausgehend von den Gleichungen und (3) in erster Ordnung

gilt, so dass der zweite Korrekturfaktor (K') als

definiert ist, und sich für die korrigierte Zerlegungszeit (Tz(v) ergibt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
wobei mindestens eine Empfangseinrichtung für die in das Geschoss (G) zu übertragenden Informationen vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass

- eine Geschoss-Umdrehungs-Messeinrichtung,

- ein Zähler, ein Komparator, ein Taktgenerator und eine Recheneinrichtung mindestens für Subtraktion, Addition und Multiplikation vorgesehen sind.

Zeichnung