EP0802390A1

EP0802390A1 - Verfahren zur Ermittlung der Zerlegungszeit insbesondere eines Programmierbaren Geschosses

Info

Publication number: EP0802390A1
Application number: EP96118039A
Authority: EP
Inventors: André Boss
Original assignee: Oerlikon Contraves AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 1997-10-22
Anticipated expiration: 2016-11-11
Also published as: EP0802390B1; SG83657A1; NO964756D0; CA2190386C; ZA969543B; KR100410719B1; TR199600939A1; AU716344B2; KR970070942A; NO312143B1; JPH09280798A; AU7172896A; CA2190386A1; NO964756L; US5814755A; DE59606025D1; JP4008520B2; ATE197090T1

Abstract

Mit diesem Verfahren kann die Treffwahrscheinlichkeit von programmierbaren Geschossen verbessert werden. Zu diesem Zweck wird eine gegebene optimale Zerlegungsdistanz (Dz) zwischen einem Zerlegungspunkt (Pz) des Geschosses (18) und einem Treffpunkt (Pf) des Zieles durch Korrektur der Zerlegungszeit (Tz) des Geschosses (18) gleichbleibend gehalten. Die Korrektur erfolgt, indem zur Zerlegungszeit (Tz) ein mit einer Geschwindigkeitsdifferenz multiplizierter Korrekturfaktor addiert wird. Die Geschwindigkeitsdifferenz wird aus der Differenz der aktuellen gemessenen Geschossgeschwindigkeit und einer Vorhaltgeschwindigkeit des Geschosses gebildet, wobei die Vorhaltgeschwindigkeit aus dem Mittelwert einer Anzahl vorhergehender, aufeinanderfolgender Geschossgeschwindigkeiten errechnet wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung der Zerlegungszeit insbesondere eines programmierbaren Geschosses, wobei der Berechnung mindestens eine aus Sensordaten ermittelte Treffdistanz zu einem Zielobjekt, eine an der Mündung eines Geschützrohres gemessene Geschossgeschwindigkeit und eine vorgegebene optimale Zerlegungsdistanz zwischen einem Treffpunkt und einem Zerlegungspunkt des Geschosses zugrunde gelegt ist.
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 und eine Vorrichtung 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
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
ungefähr gleich der Richtung des Geschützrohres 13 ist kann
gesetzt werden. Hierbei wird der Betrag der Komponente der VorhaltAnfangsgeschwindigkeit v _o in Rohrrichtung als konstant angenommen. Das heisst $TG = TG (t_{o})$
und $P \vec{o} s = P \vec{o} s (t_{o})$
Zu beachten ist jedoch, dass ${\vec{v}}_{o} = {\vec{v}}_{o} (t_{o})$
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), P $\vec{o}$
s(t _o), $\vec{v}$
_o(t _o + h)) bewegt sich somit annähernd auf einer Kreisbahn in einer Ebene (Drehebene), welche durch die Vektoren $\vec{p}$
_G(TG(t _o), P $\vec{o}$
s(t _o), $\vec{v}$
_o(t _o + h))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), P $\vec{o}$
s(t _o), $\vec{v}$
_o(t _o + h)) 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 $\vec{v}$
_rel(v _o)
und der Definitionen
ergibt sich
Aus den Gleichungen Gl.14 und Gl.15 folgt unter Berücksichtigung der Definitionen für p_G,v_G und v_Z
sowie
so dass
wird. Durch Kürzen mit
wird Gleichung Gl.16 vereinfacht, wobei sich der Korrekturfaktor K zu
ergibt. In Gleichung Gl.17 kann die Ableitung der Flugzeit
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
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
wobei $q := {cw}_{n} · \frac{Luftdichte·Geschossquerschnitt}{2·Geschossmasse}$
ist und $\vec{v}$
_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,
α, λ, α̇, λ̇ und $\vec{v}$
_o sich auf den Zeitpunkt t_o beziehen.
Die vorstehend angewendete mathematische bzw. physikalische Notation bedeutet:
$\vec{v}$
ein Vektor
∥ $\vec{v}$
∥ Norm des Vektors
〈 $\vec{u}$
, $\vec{v}$
〉 Skalarprodukt
$\vec{u}$
× $\vec{v}$
Vektorprodukt
Id Einheitsmatrix
· skalare oder Matrixmultiplikation
g := A. die Grösse g wird definiert als Ausdruck A
g = g(x ₁, ..., 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(x ₁, ...,x _n) partielle Ableitung von g nach der i-ten Variablen
$\frac{∂}{∂t}$
g(t, x ₁, ..., x _n) partielle Ableitung von g nach der Zeit t
lim_h _→0 A(h) Limes des Ausdruckes A für h gegen 0
inf_t M Infimum der Menge M über alle t
$\vec{p}$
_G, $\vec{v}$
_G, $\vec{a}$
_G Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung des Geschosses
$\vec{p}$
_Z, $\vec{v}$
_Z, $\vec{a}$
_Z Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung des Zieles
$\vec{p}$
_rel, $\vec{v}$
_rel, $\vec{a}$
_rel relative Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung Geschoss-Ziel
P $\vec{o}$
s Position der Rohrmündung
α, λ Azimut und Elevation des Geschützrohres
$\vec{v}$
_o Vorhalt-Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses
v _o Betrag der Komponente der Vorhalt-Anfangsgeschwindigkeit der Geschosses in Rohrrichtung
v _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.

Bezugszeichenliste

1: Feuerleitung
2: Geschütz
3: Suchsensor
4: Ziel
5: Folgesensor
6: Feuerleitungsrechner
7: Hauptfilter
9: Vorhalt-Recheneinheit
10: Auswerteschaltung
11: Aufdatierungs-Recheneinheit
12: Korrektur-Recheneinheit
13: Geschützrohr
14: Messvorrichtung
15: Geschützservo
16: Auslöseeinrichtung
17: Data-Transmission
18: Geschoss
18': Geschoss
19: Subprojektil
20: Tragrohr
21: Erster Teil
22: Zweiter Teil
23: Dritter Teil
24: Ringspule
25: Ringspule
26: Spulenkörper
27: Sendespule
28: Leitung
29: Leitung
30: Weicheisenstäbe
31: Empfangsspule
32: Filter
33: Zähler
34: Zeitzünder
a: Abstand
Pz: Position des Zerlegungspunktes
F1-F4: Kreisflächen
C: Kegel
I: Erste Abzisse
II: Zweite Abzisse
Dz: Zerlegungsdistanz
RT: Treffdistanz
VOv: Vorhaltgeschwindigkeit
Vm: Aktuelle gemessene Geschossgeschwindigkeit
Tz: Zerlegungszeit
ts: Subprojektilflugzeit
Pf: Treffpunkt
α: Geschützwinkel
λ: Geschützwinkel
Tf: Treffzeit
TG: Flugzeit
Tz(Vm): Korrigierte Zerlegungszeit
Me: Eingang (Meteo)
Z: Zieldaten

Claims

Verfahren zur Berechnung der Zerlegungszeit eines programmierbaren Gechosses, wobei der Berechnung mindestens eine aus Sensordaten ermittelte Treffdistanz (RT) zu einem Zielobjekt, eine an der Mündung eines Geschützrohres (13) gemessene Geschossgeschwindigkeit (Vm) und eine gegebene Zerlegungsdistanz (Dz) zwischen einem Treffpunkt (Pf) und einem Zerlegungspunkt (Pz) des Geschosses (18) zugrunde gelegt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gegebene Zerlegungsdistanz (Dz) durch Korrektur der Zerlegungszeit (Tz) konstant gehalten wird, wobei die Korrektur durch die Beziehung $Tz (Vm) = Tz + K ∗ (Vm-Vov)$
erfolgt, und wobei
Tz (Vm) die korrigierte Zerlegungszeit,

Tz die Zerlegungszeit,

K einen Korrekturfaktor,

Vm die aktuelle gemessene Geschossgeschwindigkeit und

VOv eine Vorhaltgeschwindigkeit des Geschosses bedeuten.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Korrekturfaktor (K) ausgehend von der Definition
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), P $\vec{o}$
s(t _o), $\vec{v}$
_o(t _o + h)) 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
ergibt

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

- kürzen von Gleichung Gl.16 mit
so dass sich der Korrekturfaktor (K) zu
ergibt, wobei
$\vec{p}$
_G, $\vec{v}$
_G, $\vec{a}$
_G Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung des Geschosses

$\vec{p}$
_Z , $\vec{v}$
_Z, $\vec{a}$
_Z Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung des Zieles

$\vec{p}$
_rel, $\vec{v}$
_rel, $\vec{a}$
_rel relative Position,Geschwindigkeit,Beschleunigung Geschoss-Ziel

P $\vec{o}$
s Position der Rohrmündung

α, λ Azimut und Elevation des Geschützrohres

$\vec{v}$
_o Vorhalt-Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses

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

v _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 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grössen
der Gleichung Gl.17 nach den Gleichungen
ermittelt werden, wobei $q := {cw}_{n} · \frac{Luftdichte·Geschossquerschnitt}{2·Geschossmasse}$
und
$\vec{v}$
_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.