Verfahren zur Erhöhung der Ersttrefferwahrscheinlichkeit einer ballistischen Waffe

Abstract

 Verfahren zur Erhöhung der Ersttrefferwahrscheinlichkeit einer ballistischen Waffe, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass bei der Bestimmung von Vorhalt und/oder Aufsatz die Eigenbewegung der Waffe und/oder Umweltbedingungen wie Lufttemperatur oder Luftdruck und Munitionsparameter wie Pulvertemperatur oder Änderung der Anfangsgeschwindigkeit berücksichtigt werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Ersttrefferwahrscheinlichkeit einer ballistischen Waffe.

[0002] Bei Waffen, bei denen ein Geschoss aus einem Rohr abgefeuert wird, beschreibt das Geschoss eine Flugbahn, die von der Geschwindigkeit des Geschosses sowie der Rohrstellung abhängig ist. Besonders bei großen Reichweiten und/oder dem Einsatz tempierbarer Munition ist eine exakte Berechnung dieser Flugbahn für den Zielvorgang unerlässlich.

[0003] Bislang ist es üblich, Querwind, der senkrecht zur Flugrichtung des Geschosses auftritt, zu berücksichtigen, indem anhand von approximativen Berechnungen oder Tabellenwerken in Form von Schusstafeln ein Vorhalt, die seitliche Abweichung von der Sicht- bzw. Visierlinie, bestimmt wird. Dabei wird die Stärke des Querwindes manuell eingestellt oder durch Sensoren gemessen und aus einer Querwindtabelle der Vorhalt bestimmt. Ebenfalls geht der Drall des Geschosses in die Bestimmung des Vorhaltes ein. Bei bewegten Waffenplattformen erfolgt bislang eine Stabilisierung von Sichtmitteln und Waffe. Auch ist es bekannt, Richthilfen zur Unterstützung beim Verfolgen von Zielen zu verwenden.

[0004] Es hat sich gezeigt, dass bei solchen Systemen die Ersttrefferwahrscheinlichkeit oftmals gering ist, da sich systematische Fehler bei der Bestimmung der idealen Werte für Aufsatz, Vorhalt und Flugzeit des Geschosses ergeben. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich die Ersttrefferwahrscheinlichkeit einer ballistischen Waffe erhöhen lässt.

[0005] Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den unabhängigen Ansprüchen angegeben.

[0006] So wird bei der Bestimmung von Vorhalt und/oder Aufsatz, der Elevation des Waffenrohrs gegenüber der Visierlinie, die Eigenbewegung der Waffe berücksichtigt. Alternativ oder zusätzlich werden Umweltbedingungen wie Lufttemperatur oder Luftdruck und Munitionsparameter wie Pulvertemperatur oder Änderung der Anfangsgeschwindigkeit berücksichtigt. Die Pulvertemperatur bezeichnet dabei die Temperatur des Pulvers vor der Zündung und die Änderung der Anfangsgeschwindigkeit die durch Fertigungstoleranzen und/oder Verschleiß des Rohres hervorgerufene Abweichung von der Nominalgeschwindigkeit des Geschosses, die einstellbar oder messbar ist.

[0007] Bei der Berücksichtigung der Eigenbewegung der Waffe wird in vorteilhafter Weise die Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses relativ zur Waffe, also bezogen auf das Waffenrohr, dreidimensional mit der Eigengeschwindigkeit des Waffenträgers überlagert. Dazu wird bevorzugt der Vektor der Eigengeschwindigkeit der Waffe in ein auf das Rohr der Waffe bezogenes Koordinatensystem transformiert. Die Eigenbewegung des Waffenträgers bei der Berechnung von Vorhalt, Aufsatz und Flugzeit des Geschosses wird somit vollständig oder abgestuft bei der Berechnung der Abgangs- und Außenballistik berücksichtigt.

[0008] Aus den Bewegungskomponenten quer zur Geschossgeschwindigkeit, bezogen auf ein waffenorientiertes Koordinatensystem, resultieren die notwendigen Änderungen der Abgangswinkel. Die Änderung der Geschossgeschwindigkeit in Richtung der Rohrseelenachse bewirkt Änderungen von Aufsatz, Vorhalt und Flugzeit des Geschosses in Bezug auf die Außenballistik. Daraus folgen Änderungen des dynamischen Aufsatzes und Vorhaltes bei beweglichen Zielen beziehungsweise der Programmierzeit bei tempierbarer Munition, was sich besonders im Modus Luftsprengpunkt positiv auf die Wirkung der Munition auswirkt.

[0009] In vorteilhafter Weise werden Vorhalt und/oder Aufsatz und/oder Flugzeit des Geschosses iterativ aus Eigengeschwindigkeit und Stellung der Waffe bestimmt. Wird beispielsweise ein Vorhalt bestimmt, so ändert dies die Ausrichtung der Waffe in Bezug auf ihre Eigengeschwindigkeit und somit die Lage des auf das Rohr der Waffe bezogenen Koordinatensystems. Auf dieser Basis wird erneut der Vorhalt bestimmt und dem nächsten Iterationsschritt zugrundegelegt. Bevorzugt wird die Waffe während der iterativen Bestimmung nachgeführt, wodurch sich eine schnelle Positionierung der Waffe ergibt. Alternativ kann die Iteration durchgeführt werden, bis diese ausreichend konvergiert ist, um die Waffe dann anhand des Ergebnisses auszurichten.

[0010] Bei der Bestimmung von Vorhalt und/oder Aufsatz werden erfindungsgemäß Umweltbedingungen, wie Lufttemperatur oder Luftdruck, und Munitionsparameter, wie Pulvertemperatur oder Änderung der Anfangsgeschwindigkeit, berücksichtigt. Dazu wird in einem ersten Schritt die tatsächliche Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses bestimmt. Dies geschieht in Abhängigkeit von einem oder mehreren der Parameter nominelle Anfangsgeschwindigkeit, Änderung der Anfangsgeschwindigkeit und Pulvertemperatur. Bei der nominellen Anfangsgeschwindigkeit handelt es sich um die vom Munitionshersteller angegebene Geschossgeschwindigkeit. Durch Fertigungstoleranzen kommt es zu chargen- bzw. losabhängigen Schwankungen, die als Änderungen der Anfangsgeschwindigkeit berücksichtigt werden können. Bei der Bestimmung der Anfangsgeschwindigkeit kann weiter die Pulvertemperatur berücksichtigt werden. Dabei handelt es sich um die Temperatur des Pulvers vor der Zündung, also im Wesentlichen um die letzte Lagertemperatur.

[0011] In einem zweiten Schritt wird die Flugzeit des Geschosses in Abhängigkeit der Anfangsgeschwindigkeit oder der Anfangsgeschwindigkeit und vorherrschender Umweltbedingungen bestimmt. Bei den vorherrschenden Umweltbedingungen kann es sich beispielsweise um die Lufttemperatur, den Luftdruck oder die Stärke des Rücken- bzw. Gegenwindes handeln. Zusätzlich können weitere Parameter, wie die Rohrstellung und die Position des Ziels relativ zur Waffe, z. B. ein Höhenunterschied, berücksichtigt werden. Der benötigte Vorhalt wird dann mit Hilfe der Didion'schen Gleichung aus Querwindgeschwindigkeit v_q, Flugzeit T, Zielentfernung R und Anfangsgeschwindigkeit v₀ des Geschosses berechnet. Die Didion'sche Gleichung lautet:

[0012] Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also der Vorhalt nicht wie bislang aus Querwindtabellen bestimmt, sondern anhand von Flugzeittabellen, die Umwelteinflüsse und/oder Munitionsparameter berücksichtigen.

[0013] Die auf die vorstehend beschriebene Art korrigierten Werte für Aufsatz, Vorhalt und Flugzeit werden wie bekannt in Feuerleitrechnern zur Ausrichtung der Waffe in Bezug auf die Sichtlinie eines Beobachtungs- oder Zielgerätes genutzt.

[0014] Die Erfindung soll anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Figur 1

einen Feuerleitrechner,

Figur 2

die relative Lager zweier Koordinatensysteme und

Figur 3

eine Geometrie zur Bestimmung des Vorhalts.

[0015] In einem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Waffe 6 (s. Figur 2) in einem Geschützturm auf der Wanne 5 eines Panzers als System- bzw. Waffenträger montiert. Der Panzer bewegt sich mit einem Geschwindigkeitsvektor ν̅_w. Bei einem auf die Wanne 5 bezogenen karthesischen Koordinatensystem zeigt die X-Achse in Vorwärtsrichtung des Panzers, die Y-Achse nach rechts und die Z-Achse nach unten. Der Geschützturm und damit das Rohr 6 der Waffe ist in der XY-Ebene um den Winkel ψ zur X-Achse gedreht. Außerdem weist das Rohr 6 eine Elevation um den Winkel Θ aus der XY-Ebene auf.

[0016] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der in Figur 1 dargestellte Feuerleitrechner 4 verwendet. Dieser erhält als Eingangsparameter unter anderem die X-, Y- und Z-Komponente des Geschwindigkeitsvektors ν̅_w. Diese Komponenten werden einer Transformation unterzogen, bevor sie der Rechneneinheit 3 zugeführt werden. Die Transformation überführt die Komponenten in ein ebenfalls karthesisches Koordinatensystem, das auf das Rohr der Waffe bezogen ist. Die Achse X" entspricht dabei der Rohrseelenachse.

[0017] Zur Transformation wird in dem mit ψ bezeichneten Element zunächst eine Rotation um den Winkel ψ um die Z-Achse vorgenommen. Es entsteht ein Zwischen-Koordinatensystem mit den Achsen X', Y' und Z. Der Winkel ψ kann durch den Feuerleitrechner 4 verändert werden und ist diesem daher bekannt.

[0018] In dem mit -Θ bezeichneten Element erfolgt eine zweite Rotation, diesmal um den Winkel Θ, den Elevationswinkel des Rohres gegenüber der Visierlinie, um die Y'-Achse. Das Ergebnis ist ein auf das Rohr der Waffe bezogenes Koordinatensystem mit den Achsen X", Y' und Z'. Dies hat den Vorteil, dass zu der X"-Komponente des Geschwindigkeitsvektors ν̅_w die Anfangsgeschwindigkeit v₀ des Geschosses bezogen auf die Waffe einfach hinzuaddiert werden kann, um daraus die absolute Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses zu bestimmen. Selbstverständlich kann die Transformation des Koordinatensystems auch in einem Schritt erfolgen.

[0019] Aus dieser absoluten Anfangsgeschwindigkeit, den anderen Komponenten des Geschwindigkeitsvektors ν̅_w, dem Drall des Geschosses und weiteren, an dieser Stelle nicht näher gekennzeichneten Parametern berechnet die Recheneinheit 3 den Vorhalt und/oder den Aufsatz bezogen auf die nicht dargestellte Visierlinie. Diese Werte werden dem Regelsystem 2 für Waffe und Zielgerät zugeführt. Dieses richtet die Waffe entsprechend aus. Mit den neuen Werten für Ψ und Θ wird ein neuer Iterationsschritt, beginnend mit der Transformation des Koordinatensystems, eingeleitet. Durch die veränderte Stellung des Waffenrohres ergibt sich ein neues waffenorientiertes Koordinatensystem. Die in der Recheneinheit 3 bestimmte Flugzeit des Geschosses wird an das Tempiersystem 1 weitergeleitet, um tempierbare Munition mit einem exakten Zündzeitpunkt zu programmieren.

[0020] Anstatt die neuen Winkel ψ und Θ bei jedem Iterationsschritt an das Regelsystem 2 weiterzugeben, können diese innerhalb des Feuerleitrechners 4 verbleiben, bis die Iteration ausreichend konvergiert. Erst zu diesem Zeitpunkt kann die Waffe durch das Regelsystem 2 ausgerichtet werden.

[0021] Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf den Einsatz in Panzern beschränkt. Vielmehr ist es auf alle Arten von Waffen für Land-, Luft- und Wasserfahrzeuge übertragbar. Für das Verfahren ist lediglich Kenntnis des Geschwindigkeitsvektors ν̅_w des Waffenträgers sowie der Winkel Ψ und Θ zwischen Waffe und Waffenträger notwendig.

[0022] Anhand von Figur 3 wird nun die Berücksichtigung von Umweltbedingungen und Munitionsparametern auf die Bestimmung des Vorhalts erläutert. Dabei bezeichnet 10 die Waffe, 11 das Ziel und 9 die direkte Visierlinie zwischen Waffe 10 und Ziel 11. Aufgrund des Querwindes 7 würde ein in Richtung der Visierlinie 9 abgefeuerter Schuss das Ziel 11 verfehlen. Es muss daher in die Richtung 8 gezielt werden, die um den Vorhaltewinkel η von der Visierlinie 9 abweicht.

[0023] Dazu wird zunächst die Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses in Abhängigkeit eines oder mehrerer der Parameter nomineller Anfangsgeschwindigkeit, Änderung der Anfangsgeschwindigkeit und Pulvertemperatur bestimmt. Dies erfolgt mittels einschlägiger Tabellen oder einer approximativen oder exakten Berechnung. Aus dieser Anfangsgeschwindigkeit v₀ wird in einem zweiten Schritt die Flugzeit des Geschosses bestimmt. In die Bestimmung der Flugzeit können weiterhin die vorherrschenden Umweltbedingungen, z. B. Lufttemperatur, Luftdruck oder Rücken- bzw. Gegenwind, einbezogen werden. Auch geometrische Bedingungen, wie der Abstand zum Ziel oder ein Höhenunterschied zwischen Waffe und Ziel, werden berücksichtigt. Aus der oben angegebenen Didion'schen Gleichung wird nun unter Berücksichtigung der Querwindgeschwindigkeit v_q, der Flugzeit T, der Zielentfernung R und der Anfangsgeschwindigkeit v₀ des Geschosses ein Vorhalt n' berechnet. Der einzustellende Vorhalt η entspricht nun dem Arkustangens von η'. Für kleine η' gilt im Bogenmaß die Näherung η ≈ η'. Zusätzlich wird die Drallabweichung des Geschosses berücksichtigt.

[0024] In einem Zahlenbeispiel sei v_q = 10 m/s und R = 2000 m. Die nominelle Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses betrage 1000 m/s bei einer Flugzeit von 2,5 s. Die tatsächliche Anfangsgeschwindigkeit ergibt sich in Abhängigkeit der oben angebenen Parameter aus entsprechenden Tabellen zu v₀ = 1050 m/s, die tatsächliche Flugzeit zu T = 2,25 s. Eingesetzt in die Didion'sche Gleichung führt dies zu η' = 0,00173 oder η = 0,0989 Grad. In Strich ausgedrückt, wobei 6400 Strich einem Vollkreis mit 360 Grad entsprechen, ergibt sich ein Vorhalt von 1,758 Strich. Werden statt des erfindungsgemäßen Verfahrens Querwindtabellen verwendet, so ergibt sich aus den nominellen Werten für Anfangsgeschwindigkeit und Flugzeit ein Vorhalt von 0,1432 Grad oder 2,546 Strich. In 2000 Metern Entfernung von der Waffe führt dieser Unterschied im Vorhalt zu einer Abweichung von 1,57 Metern. Ein entsprechend kleines Ziel würde somit bei der Vorhaltbestimmung anhand von Querwindtabellen verfehlt.

[0025] Welche Umweltbedingungen und Munitionsparameter zur Bestimmung von Vorhalt und/oder Aufsatz verwendet werden, hängt einzig von dem im konkreten Fall zur Verfügung stehenden Schusstafeln bzw. Approximationsgleichungen für die Anfangsgeschwindigkeit und Flugzeit des Geschosses ab.

[0026] Die Kompensation der Eigenbewegung der Waffe und die Berücksichtigung von Umweltbedingungen und Munitionsparametern bei der Bestimmung von Vorhalt und/oder Aufsatz können sowohl separat als auch in Kombination eingesetzt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Erhöhung der Ersttrefferwahrscheinlichkeit einer ballistischen Waffe (10), dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung von Vorhalt und/oder Aufsatz die Eigenbewegung der Waffe (10) und/oder Umweltbedingungen wie Lufttemperatur oder Luftdruck und Munitionsparameter wie Pulvertemperatur oder Änderung der Anfangsgeschwindigkeit berücksichtigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses relativ zur Waffe (10) mit der Eigengeschwindigkeit der Waffe überlagert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vektor (ν̅_w) der Eigengeschwindigkeit der Waffe (10) in ein auf das Rohr (6) der Waffe bezogenenes Koordinatensystem transformiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Vorhalt und/oder Aufsatz und/oder Flugzeit des Geschosses iterativ aus Eigengeschwindigkeit und Stellung der Waffe (10) bestimmt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses in Abhängigkeit eines oder mehrerer der Parameter

- nominelle Anfangsgeschwindigkeit

- Änderung der Anfangsgeschwindigkeit

- Pulvertemperatur

bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugzeit des Geschosses in Abhängigkeit der Anfangsgeschwindigkeit oder der Anfangsgeschwindigkeit und vorherrschender Umweltbedigungen bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhalt mithilfe der Didion'schen Gleichung aus Querwindgeschwindigkeit, Flugzeit, Zielentfernung und Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses berechnet wird.

8. Feuerleitrechner (4) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Transformation eines Bewegungsvektors in ein auf das Rohr (6) der Waffe (10) bezogenes Koordinatensystem und/oder Mittel zur Bestimmung der Anfangsgeschwindigkeit und der Flugzeit des Geschosses unter Einbeziehung von Umweltbedingungen und Munitionsparametern.

Zeichnung