ES2354930T3 - Procedimiento y dispositivo de protección contra cuerpos volantes de munición de ataque. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de protección contra cuerpos volantes de munición de ataque (4), en el que i. se localiza el cuerpo de munición de ataque (4) por medio de al menos un equipo de localización (5, 12), ii. se calcula iterativamente la trayectoria de vuelo del cuerpo de munición de ataque (4), a cuyo fin, para calcular la trayectoria de vuelo del cuerpo de munición de ataque (4), se obtiene el coeficiente balístico c del cuerpo de munición de ataque (4) con relación a su masa a partir de la diferencia de dos energías cinéticas del cuerpo de munición de ataque (4) en dos lugares y del trayecto recorrido entre estos lugares, iii. se obtiene una solución de dirección de tiro para disparar un cuerpo de munición de defensa (3) con efecto de metralla, iv. se dispara el cuerpo de munición de defensa (3) por medio de un arma (2) de grueso calibre, especialmente un arma con un calibre de al menos 76 mm, y v. el cuerpo de munición de defensa (3) puede ser temporizado y/o detonado a distancia después del disparo y este cuerpo detona o es detonado a distancia después del disparo en un instante de detonación TZ.
Description
Procedimiento y dispositivo de protección contra
cuerpos volantes de munición de ataque.
La invención concierne a un procedimiento y un
dispositivo de protección contra cuerpos volantes de munición de
ataque. Los cuerpos volantes de munición de ataque pueden
representar especialmente cohetes, así como proyectiles de
artillería y de mortero (la llamada amenaza RAM) o artefactos
voladores de crucero, aviones y objetos con paracaídas y similares.
Este procedimiento es conocido por el documento EP 0 547 391, que
representa un punto de partida para las reivindicaciones
independientes 1 y 6.
Se conocen procedimientos en los que se intenta
proteger objetos contra cuerpos volantes de munición de ataque
disparando cuerpos de munición de defensa con efecto de metralla en
dirección al cuerpo de munición de ataque previamente localizado a
fin de neutralizarlo antes del impacto. Al detonar el cuerpo de
munición de defensa, éste, especialmente la envoltura del mismo, se
descompone en un gran número de fragmentos de metralla que son
acelerados adicionalmente por la explosión. La propagación de los
fragmentos de metralla se efectúa generalmente en forma de cono.
Cuando el cuerpo de munición de ataque choca con un fragmento de
metralla, puede ser neutralizado eficazmente en el supuesto de que
el fragmento de metralla presente un tamaño suficiente y una
velocidad suficiente para atravesar la envoltura del cuerpo de
munición de ataque.
Un procedimiento de esta clase, junto con los
aparatos de radar necesarios para la localización, se describe, por
ejemplo, en los documentos DE 44 26 014 B4, DE 100 24 320 C2, EP 1
518 087 B1 y DE 600 12 654 T2. Se utilizan en general granadas de
metralla como cuerpos de munición de defensa que se disparan con una
lanzadera. Una munición con efecto de metralla se describe, por
ejemplo, en los documentos DE 100 25 105 B4 y DE 101 51 897 A1.
Como equipos de localización para realizar una localización y
seguimiento del cuerpo de munición de ataque y para establecer los
parámetros de la trayectoria de vuelo del cuerpo de munición de
ataque se utilizan radares de dominio cercano, radares de dominio
lejano y sensores ópticos.
En los procedimientos conocidos los objetos a
proteger comprenden sobre todo vehículos y equipos en el dominio
cercano del arma disparada. Como dominio cercano se entiende aquí un
círculo de pocos centenares de metros hasta un máximo de 500
metros. En el dominio lejano superior a esto no se pueden utilizar
los procedimientos. Esto tiene su fundamento, entre otras cosas, en
que los lanzagranadas de metralla típicos empleados en los
procedimientos sólo están en condiciones de disparar granadas con
una velocidad de disparo de menos de 100 m/s. Por tanto, éstas
pueden ser efectivas únicamente en el dominio cercano, ya que, al
aumentar la distancia, disminuyen fuertemente la velocidad y, por
tanto, la energía del cuerpo de munición de defensa, las cuales
influyen sobre la energía de los fragmentos de metralla y son así
necesarias para neutralizar con éxito los cuerpos de munición de
ataque.
Por tanto, los procedimientos conocidos son
desventajosos, ya que no pueden utilizarse para proteger objetos
espacialmente extensos o sólo pueden serlo con un coste muy grande.
Para proteger, por ejemplo, un campamento con una superficie de
algunos kilómetros cuadrados se tendría que instalar un número muy
grande de lanzaderas. Asimismo, en los procedimientos conocidos los
cuerpos de munición de defensa empleados son eficaces solamente
contra cuerpos de munición de ataque especiales, por ejemplo contra
munición de defensa anticarros o contra artefactos voladores, de
modo que no se proporciona una protección contra todos los cuerpos
de munición de ataque.
Además, una neutralización en el dominio cercano
es desventajosa, ya que ésta lleva consigo el riesgo de que, debido
a la propia neutralización, por ejemplo debido a la metralla, se
produzcan daños en los objetos que se deben proteger. Además, se
puede plantear el problema de que, en caso de una neutralización que
no alcance el éxito, el tiempo de otro intento de neutralización
sea demasiado corto.
En los procedimientos conocidos es desventajoso
también el hecho de que las granadas de metralla se temporizan
antes del disparo, es decir que se fija el instante de detonación
antes del disparo y se comunica éste a la granada de metralla. Es
desventajoso aquí el hecho de que, entre otras cosas, debido a las
tolerancias del arma, la carga propulsora y la munición, se
presenta una dispersión del tiempo de desarrollo del tiro que
comprende el tiempo desde el cierre del contacto hasta la detonación
del cartucho detonador o -en obuses- hasta la salida del proyectil
de la boca, o sea, la dispersión balística, de modo que con gran
probabilidad el instante fijado no es el instante óptimo para la
detonación, ya que, por ejemplo, en el momento de la detonación el
cuerpo de munición de defensa puede estar bastante alejado del
cuerpo de munición de ataque. Por tanto, nuevamente se pueden
lograr resultados tolerables tan sólo en el dominio cercano, ya que,
para la neutralización en el dominio lejano, las inexactitudes, por
ejemplo un error angular, conducen a desviaciones absolutas
netamente mayores de la distancia entre el cuerpo de munición de
ataque y el cuerpo de munición de defensa en el instante de
detonación.
Asimismo, se conoce una ejecución en la que el
cuerpo de munición de defensa presenta una espoleta de proximidad.
Sin embargo, es desventajoso en este caso el hecho de que el ajuste
de la distancia de activación correcta es crítico. El cuerpo de
munición de ataque puede ser también muy pequeño, mientras que el
probable espacio de estancia obtenido puede ser grande a causa de
las inexactitudes de la sensórica y de las dispersiones, de modo
que se presenta una alta probabilidad de fallo de la espoleta de
proximidad. Además, la sensórica activa, tal como un radar activo,
o la sensórica pasiva, tal como una sensórica de infrarrojos, de la
espoleta de proximidad puede ser perturbada por el enemigo, con lo
que se puede impedir una detonación.
El documento EP 1 742 010 A1 describe un
proyectil no letal con una espoleta programable y/o temporizable.
La munición no letal puede actuar aquí, entre otras cosas, a través
de impulsos electromagnéticos, pintura, sustancias estimulantes
químicas, niebla o similares. Es igual para todas las aplicaciones
el hecho de que especialmente las personas no deberán sufrir daños
ocasionados por el proyectil. Por este motivo, se emplea una
espoleta temporizable para que no se anule la falta de letalidad
debido a la presencia de partes del proyectil.
El documento DE 10 2005 024 179 A1 describe, sin
indicación de los casos de aplicación concretos, un procedimiento y
un dispositivo para temporizar y/o corregir el instante de
detonación de un proyectil. En este caso, se mide la velocidad de
un proyectil después del disparo del mismo. Por la medición se
deduce la velocidad en la boca del arma, la cual se emplea
seguidamente para ajustar y/o corregir el tiempo de ajuste de
detonación. En el procedimiento es desventajoso especialmente el
hecho de que no se tienen en cuenta otros parámetros que ejercen
influencia sobre el instante de detonación.
La invención tiene el problema de proporcionar
un procedimiento que pueda utilizarse eficazmente para proteger
contra cuerpos volantes de munición de ataque.
La invención resuelve el problema, en lo que
concierne al procedimiento, con las características de las
reivindicaciones 1 y 6.
Una idea básica de la invención reside en
determinar la trayectoria de vuelo de un cuerpo de munición de
ataque después de la localización de este cuerpo de munición de
ataque por al menos un equipo de localización. Cuanto más rápida y
exactamente se determine la trayectoria de vuelo, tanto más probable
será entonces una neutralización con éxito del cuerpo de munición
de ataque. El equipo de localización, que comprende al menos un
sensor (por ejemplo un radar, optoelectrónicamente activo y/o
pasivo), deberá suministrar en instantes suficientemente numerosos
las coordenadas y/o la velocidad del cuerpo de munición de ataque,
de modo que, especialmente por la obtención del coeficiente
balístico c del cuerpo de munición de ataque, sea posible la
determinación de la trayectoria de vuelo. El equipo de localización
está dispuesto preferiblemente de manera georreferenciada con
respecto al
arma.
arma.
En una ejecución preferida el equipo de
localización capta en instantes discretos determinados las
coordenadas del cuerpo de munición de ataque. A partir de éstas se
obtiene por formación de diferencia la velocidad del cuerpo de
munición de ataque, por ejemplo dividiendo para ello la diferencia
de velocidad del cuerpo de munición de ataque en dos o más
instantes por el respectivo tiempo transcurrido. La reducción de la
velocidad del cuerpo de munición de ataque es una medida de su
resistencia específica del aire. A partir de esta resistencia
específica del aire se puede obtener el coeficiente balístico
c del cuerpo de munición de ataque. Es así posible
establecer y resolver las ecuaciones diferenciales de movimiento de
la balística exterior del cuerpo de munición de ataque. Esto
suministra como resultado la trayectoria del cuerpo de munición de
ataque, así como su punto de impacto y su lugar de disparo.
Además, especialmente por medio de un ordenador
de dirección de tiro, que puede estar dispuesto dentro de un puesto
de dirección de tiro, se obtiene una primera solución de dirección
de tiro para disparar un cuerpo de munición de defensa,
especialmente un proyectil explosivo. Se dispara entonces el cuerpo
de munición de defensa según esta solución de dirección de tiro con
un arma de grueso calibre. El arma presenta aquí un calibre de al
menos 76 mm, preferiblemente de 120 mm o 155 mm. Estas armas de
grueso calibre presentan un alcance grande y una alta velocidad
obtenible en la boca de los cuerpos de munición de defensa, de modo
que se puede conseguir también en el dominio lejano una
neutralización del cuerpo de munición de ataque. Preferiblemente,
el arma empleada presenta una alta precisión, especialmente en lo
que respecta a la capacidad de orientación.
El empleo de calibres grandes es ventajoso
también frente al empleo de calibres pequeños debido a que en los
calibres pequeños los fragmentos de metralla adquieren su energía
principalmente de la velocidad de la trayectoria, ya que, debido al
volumen, solamente se puede incorporar en general una carga
autodestructora en un cuerpo de munición de defensa de pequeño
calibre. Sin embargo, al aumentar la distancia disminuyen
fuertemente la velocidad y la energía del cuerpo de munición de
defensa. Por el contrario, en calibres grandes puede emplearse una
carga de alta energía de la cual adquieran los fragmentos de
metralla sobre todo su energía, de modo que esta energía es
independiente del alcance del vuelo. Se puede conseguir así que,
incluso para la protección de objetos de tamaño relativamente
grande, los cuerpos de munición de defensa sean igualmente eficaces
en los dominios cercano y lejano, así como contra el más duro
objeto atacante. La neutralización del cuerpo de munición de ataque
deberá producirse lo más tarde a una distancia de al menos 800 m.
Sin embargo, puede tener lugar también una neutralización a
distancias netamente mayores, por ejemplo a una distancia de 3000 m,
disminuyendo a mayores distancias la probabilidad de
neutralización.
neutralización.
El cuerpo de munición de defensa detonará en una
primera ejecución según la invención en un instante T_{Z} después
del disparo o bien se le detona directamente a distancia. En una
segunda ejecución conforme a la invención el cuerpo de munición de
defensa presenta únicamente una espoleta de proximidad que inicia la
detonación del cuerpo de munición de defensa cuando el cuerpo de
munición de ataque está dentro del campo de acción del cuerpo de
munición de defensa dotado de efecto de metralla.
En la primera ejecución de la invención el
instante de detonación exacto T_{Z} es, sobre todo en el dominio
lejano, esencial para la eficacia de la neutralización, puesto que
ya una pequeña desviación debido a las altas velocidades y las
grandes distancias puede conducir a grandes desviaciones entre el
lugar de detonación pronosticado y el lugar de detonación real. Por
este motivo, se emplea un cuerpo de munición de defensa que se
puede temporizar y/o detonar a distancia después del disparo.
El cuerpo de munición de defensa puede presentar
una unidad de recepción para recibir señales que hayan sido
emitidas por una unidad de emisión que está conectada especialmente
al ordenador de dirección de tiro. En caso de que la detonación del
cuerpo de munición de defensa sea controlada a distancia,
especialmente controlada por radio, se puede emplear el instante de
detonación obtenido T_{Z} para detonar el cuerpo de munición de
defensa en este instante. La unidad de recepción recibe en este caso
señales de control a distancia que conducen a la detonación a
través de una unidad de control de detonación especialmente
programable. No obstante, dado que la transmisión de la unidad de
emisión a la unidad de recepción necesita también un tiempo no
exactamente pronosticable, se retransmiten a la unidad de recepción
del cuerpo de munición de defensa en una ejecución preferida, un
tiempo suficiente antes de la detonación, unas señales de
temporización que contienen el instante de detonación obtenido
T_{Z}. La unidad de control de detonación detona entonces el
cuerpo de munición de defensa en el instante de detonación
prefijado, pudiendo prescindirse de una detonación directa a
distancia en esta ejecución. Se puede conseguir aquí una seguridad
incrementada cuando la recepción del instante de detonación T_{Z}
es confirmado por el artefacto volador de defensa, por ejemplo ante
el puesto de dirección de tiro, de modo que se asegure la recepción
correcta del instante de detonación correcto T_{Z}.
Ventajosamente, la obtención del instante de
detonación T_{Z} se efectuará después del disparo del cuerpo de
munición de defensa. En particular, se puede tener así en cuenta el
recorrido adicional de la trayectoria de vuelo del cuerpo de
munición de ataque. Además, se puede tener en cuenta también el
movimiento del artefacto volador de defensa para la obtención del
instante de detonación óptimo T_{Z}. Por este motivo, es ventajoso
que la velocidad v_{M} del cuerpo de munición de defensa y la
dirección en un instante determinado T_{M} se obtengan por medio
de al menos un equipo de medida. En este caso, se puede formar
mediante este equipo la referencia para el sistema de coordenadas
espacialmente fijo de los cálculos balísticos.
En una realización la velocidad v_{M} puede
ser la velocidad v_{0} en la boca del arma, pudiendo comprender
aquí el equipo de medida especialmente una bobina que esté dispuesta
especialmente en la zona de la abertura de la boca del cañón del
arma. Una bobina para medir la velocidad de un proyectil en la boca
se describe en su principio físico, por ejemplo, en el documento EP
1 482 311 A1.
En otra realización el instante T_{M}
representa un instante en el que el cuerpo de munición de defensa
ha abandonado ya el arma. El equipo de medida puede comprender aquí
especialmente un dispositivo de radar. Para no perder
innecesariamente tiempo en esta realización, el equipo de medida
puede estar realizado como equipo apuntable y, en el instante del
disparo del cuerpo de munición de defensa, puede estar ya apuntado
en la dirección de disparo. Esto puede conseguirse, por ejemplo,
mediante un acoplamiento entre el arma y el equipo de medida.
La velocidad obtenida v_{M} y la dirección en
el instante T_{M} pueden tenerse en cuenta para la obtención del
instante T_{Z} de la detonación del cuerpo de munición de defensa.
Por tanto, se puede determinar así más exactamente la trayectoria
de vuelo real, dependiente del tiempo, del artefacto volador de
defensa, de modo que se logre una mayor probabilidad de una
neutralización exitosa. Por este motivo, deberá emplearse un equipo
de medida con una alta exactitud. En particular, se emplea un equipo
de medida cuya desviación estándar para la determinación de la
velocidad es menor que 0,5 m/s. Además, se deberán mantener también
cortos los tiempos de propagación de las señales, debiendo
emplearse preferiblemente componentes aptos para tiempo real.
La determinación del instante de detonación
T_{Z} puede efectuarse de tal manera que se obtenga el instante
en el que se presenta una alta probabilidad, preferiblemente la más
grande probabilidad de una neutralización exitosa, y cuya
probabilidad sea el resultado especialmente del producto de la
probabilidad de impacto, que indica si un fragmento de metralla
hace impacto en el cuerpo de munición de ataque, por la velocidad de
destrucción, que indica si este fragmento de metralla está en
condiciones de destruir la envoltura del cuerpo de munición de
ataque. Por tanto, esta probabilidad de neutralización depende de
diferentes parámetros. Cuantos más parámetros se tengan en cuenta
para la determinación del instante de detonación T_{Z}, tanto
mejor será el pronóstico.
Las mediciones y averiguaciones del equipo de
medición y del equipo de localización pueden estar afectadas de
error; por ejemplo, pueden presentarse inexactitudes en la medición
de tiempo, la obtención de la velocidad, la determinación angular y
la medición de distancia. Cuando estas tolerancias son conocidas,
deberán ser tenidas en cuenta, ya que, de una manera semejante a la
de las dispersiones balística, es decir, por ejemplo, las
desviaciones de azimut y elevación del arma, así como el tiempo de
desarrollo del tiro, tienen influencia sobre el probable lugar de
estancia del cuerpo de munición de ataque y del cuerpo de munición
de defensa.
La naturaleza del cuerpo de munición de ataque,
especialmente su dureza, puede tener también influencia sobre el
instante de detonación óptimo T_{Z}. La dureza militar de un
cuerpo de munición de ataque depende sustancialmente de su espesor
de pared. En particular, existe una correlación positiva entre
calibre y espesor de pared, es decir que los calibres mayores
tienen en general también un mayor espesor de pared y, por tanto,
son militarmente más duros. Por consiguiente, en el caso de una
dureza grande del cuerpo de munición de ataque, el instante de
detonación deberá ser más bien tardío, de modo que si bien la
probabilidad de impacto resultará por ello menor, será mayor,
debido a la mayor energía cinética, la probabilidad de destrucción
para conseguir así una alta probabilidad de neutralización.
Además, es de importancia también la naturaleza
del cuerpo de munición de defensa, especialmente sus propiedades
tales como matriz de metralla, que comprende la distribución
espacial de los fragmentos de metralla según número y tamaño, el
tiempo de establecimiento del cono de metralla y las inexactitudes
del tiempo de temporización, es decir, la dispersión del tiempo de
la detonación real iniciada por la unidad de control de detonación
en el instante de detonación ajustado. Asimismo, el tiempo de
desarrollo del tiro del cuerpo de munición de defensa y la
dispersión balística pueden influir sobre el instante de detonación
T_{Z}.
La determinación del instante de detonación
T_{Z} deberá efectuarse con la mayor rapidez posible, puesto que
el tiempo entre el disparo y la detonación del cuerpo de munición de
defensa es corto. El tiempo de vuelo para una distancia de
neutralización de, por ejemplo, 1000 m es solamente del orden de
magnitud de 1 segundo a velocidades de proyectil típicas y en este
espacio de tiempo se deberá medir la velocidad v_{M} del cuerpo
de munición de defensa, calcular una solución renovada de dirección
de tiro y, a partir de ésta, el instante de detonación T_{Z} y
transmitir los datos a la espoleta. Por tanto, son necesarios
algoritmos rápidos para calcular la solución de dirección de tiro.
Por este motivo, se deberá recurrir a un procedimiento
analítico.
A esto se añade el aspecto de la transmisión de
datos entre diferentes componentes del sistema, por ejemplo entre
los equipos de localización, el ordenador de dirección de tiro, el
equipo de medida, el equipo de emisión y de recepción y la unidad
de control de detonación. Por tanto, aparte de un sistema operativo,
apto para tiempo real, del ordenador de dirección de tiro y de
sistemas de bus aptos para tiempo real, cada componente individual
deberá estar diseñado para una transmisión rápida de los datos.
En una ejecución ventajosa el cuerpo de munición
de defensa presenta, además, una espoleta de proximidad. Es
ventajoso a este respecto el hecho de que, en el caso en el que el
instante de detonación obtenido fuera realmente demasiado tardío,
existe una cierta posibilidad de que el cuerpo de munición de
defensa sea iniciado antes por medio de la espoleta de
proximidad.
En la segunda ejecución conforme a la invención
el cuerpo de munición de defensa presenta como espoleta únicamente
una espoleta de proximidad. Ésta inicia la detonación cuando el
cuerpo de munición de defensa se encuentra a una distancia
especialmente ajustable del cuerpo de munición de ataque. Esto es
suficiente para una neutralización eficaz en los casos en los que
las dispersiones del sistema son tan pequeñas que el cuerpo de
munición de ataque llega con alta probabilidad a la zona de acción
del cuerpo de munición de defensa dotado de efecto de metralla.
Para obtener la trayectoria de vuelo se obtiene
en ambas realizaciones primeramente el coeficiente balístico del
cuerpo de munición de ataque, que se determina decisivamente a
partir de la relación de superficie de sección transversal a masa
del cuerpo de munición de ataque. Con su ayuda se pueden establecer
y resolver analítica o numéricamente las ecuaciones de movimiento
de la balística exterior del cuerpo de munición de ataque. Por
tanto, mediante un cálculo hacia delante se pueden obtener el lugar
de impacto del cuerpo de munición de ataque y los datos para la
obtención de la solución de dirección de tiro con miras a la
neutralización del cuerpo de munición de ataque. Asimismo, se puede
obtener por medio de un cálculo hacia atrás el lugar de disparo del
cuerpo de munición de ataque.
Una idea básica del procedimiento para obtener
el coeficiente balístico y la trayectoria de vuelo reside en que la
resistencia del aire, que frena al cuerpo de munición de ataque
durante el vuelo, se determina a partir de la disminución de su
energía cinética. En este caso, esta fuerza de resistencia del aire
referida a la masa se puede determinar a partir de la diferencia de
dos energías cinéticas referidas a la masa con respecto al trayecto
entonces recorrido.
La energía cinética del cuerpo de munición de
ataque en un lugar de la trayectoria de vuelo se puede calcular a
partir de su velocidad, pudiendo a su vez determinarse la velocidad
a partir de dos mediciones de lugar de radar (lugar y tiempo). La
resistencia del aire se representa aquí por medio del coeficiente
balístico. Éste depende sustancialmente de la velocidad del
proyectil, la geometría del proyectil y las condiciones
atmosféricas. Conociendo el coeficiente balístico se pueden
resolver numéricamente las ecuaciones de movimiento para el cuerpo
de munición de ataque y, por tanto, partiendo de un lugar promediado
por dos mediciones de radar, se puede calcular la trayectoria de
vuelo. Si existen informaciones del terreno, se pueden determinar,
comparando la trayectoria de vuelo calculada con el perfil del
terreno en un sistema de referencia adecuado, las coordenadas
geométricas (longitud, latitud, altura) del punto de disparo del
cuerpo de munición de ataque o del punto de encuentro con el cuerpo
de munición de defensa.
Por tanto, son suficientes tan sólo cuatro
mediciones, especialmente mediciones de distancia puras a lo largo
de un eje, preferiblemente del rayo del radar, para determinar la
trayectoria de vuelo, ya que, por un lado, son necesarias dos
mediciones de lugar de radar para calcular la energía cinética en un
lugar de la trayectoria de vuelo como se ha explicado
anteriormente. Para poder determinar el coeficiente balístico
necesario c tiene que ser conocida, por otro lado, la
energía cinética en otro lugar, de modo que son necesarias dos
mediciones adicionales. Como quiera que el equipo de localización
tiene que acoger solamente cuatro puntos de medida, el
procedimiento es suficientemente rápido.
Una ventaja del procedimiento presentado reside,
por un lado, en la alta exactitud de la trayectoria de vuelo
calculada y, por tanto, del punto de impacto o del lugar de disparo
pronosticados del cuerpo de munición de ataque. Por otro lado, el
procedimiento permite que se puedan fijar las exactitudes de sensor
necesarias a partir del conjunto de fórmulas con ayuda de la
propagación de errores para equipar sistemas de aviso temprano y de
defensa antiaérea con propiedades determinadas y comprobar su
idoneidad. Esto puede conseguirse para la forma especial de las
ecuaciones diferenciales de movimiento, la separación de la
resistencia del aire en porciones fijas y variables y el empleo de
una función de referencia específica para su porción dependiente de
la velocidad. Por tanto, se puede conseguir que con el procedimiento
se determine solamente la porción realmente dependiente del cuerpo
de munición de ataque, con lo que se hace posible, además, una
clasificación.
La clasificación del cuerpo de munición de
ataque localizado puede realizarse por medio del coeficiente
balístico. Esto se basa en que el coeficiente balístico para una
clase de cuerpo de munición de ataque está siempre dentro de un
estrecho intervalo constante. En conocimiento de estos intervalos de
valores, que pueden obtenerse, por ejemplo, por evaluación de
tablas de tiro, se puede asignar una clase de cuerpo de munición de
ataque para un coeficiente determinado.
La primera solución de dirección de tiro
obtenida, según la cual se dispara el cuerpo de munición de defensa,
está dimensionada preferiblemente de tal manera que sea posible la
compensación de tolerancias del equipo de localización y medida
empleado, que incluye sensores, y del arma y el cuerpo de munición
de defensa empleados, que contienen efectores, por medio del
instante de detonación T_{Z} obtenido después del disparo.
Mediante la determinación de la probabilidad de
una neutralización exitosa se puede fijar también la demanda de
munición, es decir, la naturaleza y el número de los cuerpos de
munición de defensa y la distribución necesaria. En caso de uso
para proteger un campamento, se puede establecer, además, en la
planificación el modo en que deberán distribuirse las armas para
obtener una protección eficaz contra diferentes escenarios de
ataque.
Los cuerpos de munición de defensa pueden
dispararse según la demanda de munición averiguada en tanto no se
reconozca la neutralización exitosa del cuerpo de munición de
ataque. En este caso, un arma puede disparar varios cuerpos de
munición de defensa o bien pueden emplearse varias armas. En este
contexto, pueden indicarse diferentes niveles de confianza de una
neutralización exitosa que cabe esperar como probable. A un alto
nivel de confianza se aspira también a una alta probabilidad de una
neutralización exitosa. Por este motivo, el número o la naturaleza
de los cuerpos de munición de defensa pueden adaptarse de manera
correspondiente al nivel de confianza deseado para influir así
sobre la probabilidad de una neutralización exitosa. Además, para
la determinación de la demanda de munición es ventajoso tener en
cuenta los parámetros ya citados más arriba para la determinación
del instante de detonación T_{Z}, es decir, tener en cuenta
preferiblemente las inexactitudes de medida del equipo de medida,
especialmente para la determinación de tiempo, velocidad, azimut,
elevación y/o distancia, las inexactitudes de medida del equipo de
localización, especialmente para la determinación de tiempo,
velocidad, azimut, elevación y/o distancia, la naturaleza del cuerpo
de munición de ataque, especialmente su dureza, la naturaleza del
cuerpo de munición de defensa, especialmente sus propiedades tales
como matriz de metralla, tiempo de establecimiento del cono de
metralla, las inexactitudes del tiempo de temporización, el tiempo
de desarrollo del tiro del cuerpo de munición de defensa y la
dispersión
balística.
balística.
Como aspecto de seguridad ventajoso puede
preverse que el cuerpo de munición de defensa se haya temporizado
previamente antes del disparo en un instante T_{pre} que esté
temporalmente antes del instante T_{B}, pronosticado por la
solución de dirección de tiro obtenida antes del disparo, en el que
el cuerpo de munición de defensa, en ausencia de detonación, haga
impacto con el suelo. Por tanto, se asegura que, por ejemplo, en el
caso en el que no se haya efectuado correctamente la transmisión del
instante de detonación o de las señales de control a distancia, el
cuerpo de munición de defensa detone antes del impacto con el suelo,
de modo que ninguna persona o equipo del suelo pueda sufrir daños.
Sin embargo, para que la detonación no se produzca demasiado
pronto, especialmente no antes del instante en el que se reciben las
señales por parte del cuerpo de munición de defensa, puede preverse
que el instante T_{pre} esté temporalmente después del instante
T_{A}, que viene determinado por el instante de detonación T_{Z}
del cuerpo de munición de defensa pronosticado por la solución de
dirección de tiro obtenida antes del disparo.
Para conseguir una alta exactitud en la
determinación de los parámetros de la trayectoria de vuelo del
cuerpo de munición de ataque con un pequeño coste se tiene que,
después de la primera localización del cuerpo de munición de ataque
por el equipo de localización, se pueden transferir los datos de
localización a un segundo equipo de localización, especialmente un
aparato de radar seguidor de blanco, que realiza la medición de las
magnitudes necesarias para la determinación de la trayectoria de
vuelo. Como primer equipo de localización se puede utilizar aquí un
radar de búsqueda omnidireccional.
Dado que la trayectoria de vuelo del cuerpo de
munición de ataque es conocida, se puede emitir un aviso, por
ejemplo un aviso acústico, para la zona del punto de impacto con el
suelo obtenida por medio de la trayectoria de vuelo establecida del
cuerpo de munición de ataque, de modo que puedan tomarse medidas
preventivas en esta zona a fin de estar preparados para el caso de
que no resultara exitosa la neutralización del cuerpo de munición
de
ataque.
ataque.
Es ventajoso también que se deduzca el lugar de
disparo del primer cuerpo de munición de ataque localizado a partir
de la trayectoria de vuelo obtenida del mismo, de modo que se pueda
neutralizar también al atacante, que a menudo puede estar bastante
alejado, preferiblemente con la misma arma que neutraliza al cuerpo
de munición de ataque.
\newpage
Otros ejemplos de realización de la invención se
explican con ayuda de las figuras 1 a 10. Muestran:
La figura 1, un campamento con cuatro armas de
protección contra cuerpos volantes de munición de ataque, en una
representación esquemática,
La figura 2, un diagrama de flujo del desarrollo
del procedimiento,
La figura 3, un sistema de coordenadas
tridimensionales para la geometría de lugares de radar,
La figura 4, una proyección bidimensional de la
geometría de lugares de radar según la figura 3,
La figura 5, otro sistema de coordenadas para la
geometría de lugares de radar,
La figura 6, un sistema de coordenadas para la
geometría del cono de metralla,
La figura 7, un sistema de coordenadas para la
geometría del cono de metralla con cilindro elíptico,
La figura 8, un diagrama de la demanda de
munición para realizar una neutralización exitosa a un nivel de
confianza del 50%,
La figura 9, un diagrama de la demanda de
munición para realizar una neutralización exitosa a un nivel de
confianza del 99% y
La figura 10, un dispositivo de protección
contra cuerpos de munición de ataque, en una representación
esquemática.
\vskip1.000000\baselineskip
El procedimiento y el dispositivo se utilizan
para proteger un campamento espacialmente extenso 1 con una
superficie en planta cuadrangular según la figura 1. Se instala en
cada esquina del campamento un dispositivo 20 que está representado
esquemáticamente en la figura 10. Éste presenta un arma 2 que puede
disparar cuerpos de munición de defensa 3 con efecto de metralla,
un primer equipo de localización 12, un segundo equipo de
localización 5, un equipo de medida 10, una unidad de emisión de
señales 7 y un ordenador de dirección de tiro 6. El arma 2, el
equipo de localización 5, el equipo de medida 10 y la unidad de
emisión de señales 7 están unidos con el ordenador de dirección de
tiro 6 a través de líneas de datos 11. Para lograr una
neutralización óptima se tienen que emplazar espacialmente próximos
el equipo de localización 5 y el arma 2. El cuerpo de munición de
defensa 3 incluye una unidad de control de detonación 9, una unidad
de recepción de señales 8, una espoleta 13 y una carga explosiva
14. Mediante la disposición en la zona de las esquinas del
campamento 1 se puede evitar que se dispare sobre el campamento 1
en el transcurso de la neutralización de cuerpos de munición de
ataque 4 con los cuerpos de munición de defensa 3. Otra ventaja del
empleo de varias armas 2 consiste en que aumenta la probabilidad de
una neutralización frontal con un ángulo de impacto lo más pequeño
posible, lo cual es ventajoso debido a la alta diferencia de
velocidad entre cuerpos de munición de ataque 4 y fragmentos de
metralla.
El desarrollo de la neutralización es como sigue
según la figura 2:
- I.
- Localización del cuerpo de munición de ataque 4 con un primer equipo de localización 12;
- II.
- Transferencia de los datos del blanco a un segundo equipo de localización 5 y seguimiento del blanco;
- III.
- Cálculo de la solución de dirección de tiro por el ordenador de dirección de tiro 6;
- IV.
- Clasificación del cuerpo de munición de ataque 4;
- V.
- Apuntamiento del arma 2;
- VI.
- Disparo del cuerpo de munición de defensa 3 para realizar una neutralización a la distancia deseada;
- VII.
- Medición de la velocidad v_{M} del cuerpo de munición de defensa y retransmisión de los datos al ordenador de dirección de tiro 6;
- VIII.
- Cálculo de una solución de dirección de tiro corregida y determinación del instante de detonación T_{Z};
- IX.
- Retransmisión a distancia del instante de detonación T_{Z} hacia la unidad de control de detonación 9 (alternativamente: activación directa a distancia de la espoleta 13);
- X.
- Detonación de la carga explosiva 14, formación del cono de metralla.
\newpage
Se hace notar en general que la secuencia de los
pasos presentados no tiene que corresponder forzosamente a la
secuencia indicada. Así, por ejemplo, la clasificación del cuerpo de
munición de ataque 4 puede realizarse también después del
apuntamiento del arma 2.
Sobre
I
Como primer equipo de localización 12 se emplea
un radar de búsqueda unidireccional conocido.
Como cuerpo de munición de ataque 4 se considera
a título de ejemplo un proyectil de mortero (82 mm) de hierro
fundido con una masa de 3,31 kg y un espesor de pared de
aproximadamente 9 mm a 10 mm, el cual ha sido disparado con una
velocidad de disparo de 211 m/s a una distancia de 3040 m bajo un
ángulo de 45º.
\vskip1.000000\baselineskip
Sobre
II
Después de la localización por el primer equipo
de localización 12 se transfieren los datos del blanco a un segundo
equipo de localización 5, configurado como radar seguidor del
blanco, para efectuar un seguimiento adicional del blanco. Este
segundo equipo de localización 5 comprende un sistema de radar que
tiene un sensor de radar denominado MWRL-SWK. Éste
es un radar ruso de vigilancia del espacio aéreo para aeródromos con
un alcance del radar de 1 km a 250 km, una desviación estándar en
azimut y elevación de 0,033º, una desviación estándar para la
medición de distancia de 10 m, una desviación estándar para la
determinación de tiempo de 66,7 ns y una velocidad angular de 18º/s
a 90º/s.
A efectos de fijación de la previsión de errores
del segundo equipo de localización 5 se indican en este sitio los
fundamentos de las mediciones de localización para poder calcular,
con ayuda de las magnitudes de medida de un radar de entrada,
azimut a y elevación \varepsilon, y el tiempo t, el
lugar de radar del cuerpo de munición de ataque 4. Como
alternativa, para un aparato de radar con antena rotativa se utiliza
la velocidad angular del radar para calcular tres lugares de
radar.
Las coordenadas del lugar del cuerpo de munición
de ataque 4 (i = 1...4) se determinan con ayuda de la
trigonometría de localización según la figura 3 y la figura 4 (Ec.
1a y Ec. 1b):
en donde a_{i} es el
ángulo azimutal del cuerpo de munición de ataque 4 con respecto al
radar, x_{AP} y z_{AP} son las coordenadas del
punto de disparo y P es el azimut de la línea de tiro con
respecto al eje de abscisas del sistema de
referencia.
\vskip1.000000\baselineskip
La coordenada y de un lugar de radar
i se determina a partir de la distancia R del lugar
del cuerpo de munición de ataque 4 al radar y de la elevación
\varepsilon del rayo del radar (Ec. 2a y Ec. 2b):
\vskip1.000000\baselineskip
La distancia horizontal del lugar de radar al
punto de disparo (Ec. 3)
\newpage
se utiliza para calcular el tiempo
de vuelo -correspondiente al lugar de radar- del cuerpo de munición
de ataque 4 y la coordenada de altura y_{i} del lugar de
radar a partir de la solución del sistema de ecuaciones
diferenciales. Se puede determinar así entonces el ángulo de
elevación buscado del radar (Ec.
4):
En el caso de un aparato de radar con antena
rotativa se prefijarán el primer ángulo de azimut del lugar del
cuerpo de munición de ataque 4 y, por tanto, sus coordenadas por
medio de la Ec. 1, de modo que resulten los tres lugares de radar
siguientes a partir de la velocidad angular T del radar (Ec.
5)
así como la distancia punto de
disparo-lugar de radar (Ec. 6a y Ec.
6b):
en donde i =
2...4.
\vskip1.000000\baselineskip
El ángulo de azimut buscado se calcula como
sigue (Ec. 7):
Los ángulos de elevación \varepsilon_{i} se
desprenden de la Ec. 4.
\vskip1.000000\baselineskip
Sobre
III
Para obtener una primera solución de dirección
de tiro se tienen que resolver primero las ecuaciones de movimiento
del cuerpo de munición de ataque 4.
Las ecuaciones de movimiento del proyectil 4 que
se debe neutralizar se derivan de la ley del centro de gravedad, en
donde se considera el proyectil 4 como una masa puntual y,
simplificando, actúan sobre éste como fuerzas exteriores
exclusivamente la resistencia del aire y la fuerza gravitacional.
Estas ecuaciones se utilizan en la forma dependiente del recorrido
(Ecs. 8a a 8d):
en
donde:
v: velocidad
v_{x}: componente de velocidad en la
dirección x
c_{2}(Ma): coeficiente de
resistencia del aire, dependiente del número de Mach y del
coeficiente balístico
K_{y}: factor de corrección de la
velocidad para la altura
y: recorrido en la dirección y
x: recorrido en la dirección x
g: aceleración terrestre
t: tiempo
1: ángulo de tiro.
\vskip1.000000\baselineskip
El coeficiente c_{2}(Ma) se
compone de una porción dependiente del proyectil, una segunda
porción empírica dependiente de la velocidad y una tercera porción
atmosférica: c_{2}(Ma) =
f_{1}(c)*f_{2}(c_{Ma})*f_{3}(c_{a}).
La porción f_{1}(c) dependiente del proyectil
incluye el coeficiente balístico c = A/m. La porción
f_{2}(c_{Ma}) dependiente de la velocidad se
presenta como función de referencia que se ha determinado
experimentalmente o que se ha calculado según procedimientos
conocidos y que puede aplicarse para proyectiles balísticos. La
tercera porción f_{3}(c_{a}) depende de las
condiciones atmosféricas (entre otras, la presión del aire, la
temperatura) y puede considerarse como constante, por ejemplo para
cortos alcances de tiro con pequeñas alturas. En caso necesario, se
pueden añadir a esta porción correcciones para los valores estándar
de temperatura y presión del aire.
El sistema de ecuaciones diferenciales para
describir el movimiento del proyectil se resuelve con procedimientos
numéricos usuales. Mediante integración hacia delante se determina
el lugar de impacto en el blanco. El cálculo hacia atrás da como
resultado el lugar de disparo. Es necesario para esto el coeficiente
de resistencia del aire c_{2}(Ma) como parámetro de
entrada.
Por tanto, el coeficiente balístico
anteriormente desconocido c del proyectil 4 es el parámetro
decisivo para calcular por solución numérica iterativa de las
ecuaciones Ec. 8a a Ec. 8d, partiendo de un lugar de proyectil B
determinado por mediciones de radar, la trayectoria ulterior y, para
y = 0, el lugar de impacto. Se utiliza el procedimiento
siguiente de determinación experimental de la resistencia del aire
para obtener el coeficiente balístico c y, por tanto, el
coeficiente de resistencia del aire c_{2}(Ma):
El coeficiente balístico c puede
determinarse a partir de la fuerza de resistencia del aire que actúa
sobre el proyectil 4, obteniéndose esta fuerza de la resistencia
del aire a partir de la diferencia de la energía cinética del
proyectil 4 en los lugares A y B y el trayecto recorrido medido
entre estos dos lugares (véase la figura 5). La energía cinética en
A y B se puede expresar para ello por medio de las velocidades del
proyectil.
Es aquí decisivo el hecho de que la porción
f_{2}(c_{Ma}) dependiente de la velocidad es
conocida por la función de referencia y la parte
f_{3}(c_{a}) dependiente de la atmósfera se supone
como constante. Por tanto, solamente hay que determinar la porción
del coeficiente de resistencia del aire c_{2}(Ma),
la cual depende realmente del proyectil. Esta porción se denomina
coeficiente balístico c.
La obtención del coeficiente de resistencia del
aire c_{2}(Ma), a partir del cual se puede calcular
fácilmente el coeficiente balístico c, es el resultado del
equilibrio de fuerzas con la función de resistencia conocida y la
fuerza de retardo media de la resistencia del aire (Ec. 9):
\newpage
en donde c_{2}(Ma)
se define como sigue (Ec.
10):
Con esta definición y con la ecuación 9, así
como con la adición subsiguiente de la corrección de velocidad
K_{y} ya empleada en el sistema de ecuaciones 8 se obtiene
la ecuación de determinación para c_{2}(Ma) (Ec.
11):
Para el retardo a_{w} y la velocidad
horizontal media v_{m} se cumple (Ecs. 12 a 13):
Determinando seguidamente el coeficiente
balístico c = A/m a partir del coeficiente de
resistencia del aire c_{2}(Ma), que, en sentido
estricto, rige solamente para el lugar de la medición, se puede
adaptar c_{2}(Ma) a velocidades modificadas del
cuerpo de munición de ataque y a condiciones atmosféricas
modificadas y, por tanto, se logran resultados más exactos para la
solución iterativa del sistema de ecuaciones 8. Además, se hace así
posible la clasificación descrita del cuerpo de munición de
ataque.
La distancia horizontal de los lugares de radar
promediados A y B es el resultado de la geometría (Ec. 14):
Las velocidades y las coordenadas locales en las
direcciones x y z en los lugares A y B se calculan a
partir de dos respectivos lugares de proyectil obtenidos con un
radar de impulsos con respecto al sistema de coordenadas del
aparato de radar. Debido a la forma especial de las ecuaciones
diferenciales de movimiento, que resulta por efecto de la
conversión de la forma dependiente del tiempo de las ecuaciones
diferenciales de movimiento en una forma dependiente del lugar, se
necesitan solamente las componentes horizontales de la velocidad y
la distancia horizontal entre los lugares de radar promediados A y
B. Como quiera que la trayectoria del cuerpo de munición de ataque
se considera solamente en su proyección sobre un eje (aquí: el eje
x), se puede prescindir de un seguimiento completo de la
trayectoria en los tres ejes. Por tanto, son suficientes mediciones
de distancia. Se puede conseguir así una rápida obtención de las
magnitudes de medida necesarias para la determinación de la
trayectoria de vuelo.
La acción de errores de medida de las mediciones
del lugar de radar sobre la dispersión de la longitud (anchura de
franja 2T en la dirección de tiro, que contiene x% (en
general, 50%) de todos los tiros realizados N, cuando el punto de
impacto medio está situado sobre la línea central de esta franja),
sobre la dispersión de latitud (análogamente a la dispersión de
longitud, si bien la franja está situada en posición perpendicular
a la dirección de tiro y horizontalmente) y sobre la probabilidad de
error circular (CEP) del punto de impacto, que viene determinada
por el radio en torno al punto de impacto, en cuya superficie
circular está situado el x% de todos los tiros realizados N, es
obtenida para fijar la previsión de errores de los sensores de radar
del equipo de localización 5. Todos los errores de medida
sistemáticos son eliminados por ajuste o calibrado, de modo que
exclusivamente las mediciones del azimut a, la elevación
\varepsilon y el tiempo t están sometidas a influencias de
error aleatorias. Se supone que éstas están distribuidas normalmente
con el valor medio \mu = 0 y que las desviaciones estándar
\Phi_{a}, \Phi_{\varepsilon}, \Phi_{t} vienen dadas por
los respectivos equipos de medida.
En un equipo de localización 5 con antena
rotativa su velocidad angular T, también con la desviación
estándar \Phi_{T}, está afectada de error, siendo su magnitud el
resultado del error de la medición de tiempo.
Con el coeficiente balístico c se pueden
determinar la trayectoria ulterior y el punto de impacto, partiendo
del lugar de proyectil promediado B, por medio de una solución
numérica iterativa de las ecuaciones Ec. 8a a Ec. 8d. Por tanto,
los errores de las mediciones de lugares del radar se propagan al
punto de impacto en función del coeficiente balístico y determinan
su dispersión buscada.
Para obtener la dispersión de longitud se
calcula primeramente la desviación estándar \Phi_{c} del
coeficiente balístico c a partir de los errores aleatorios
del azimut, la elevación y el tiempo, determinándose los errores de
tiempo con la velocidad de la luz en vacío a partir de los errores
de alcance del aparato de radar 5. En un aparato de radar 5 con
antena rotativa la desviación estándar de la velocidad angular es el
resultado del error de tiempo. Se emplean en este contexto las
leyes de la propagación gaussiana de errores.
A continuación, se puede determinar la
dispersión de longitud del punto de impacto con el criterio de
parámetros de perturbación variables por generación de números
aleatorios normalmente distribuidos para el coeficiente balístico y
por solución numérica del sistema de ecuaciones diferenciales. A
partir de los errores de medida del tiempo y del azimut y de la
geometría de localización que sirve de fundamento se calcula
directamente la dispersión de latitud.
La probabilidad de error circular (CEP) del
lugar de impacto se calcula a partir de la dispersión de longitud y
de latitud del punto de impacto. Ésta se calcula numéricamente
según un procedimiento presentado en la literatura con las
desviaciones estándar en las direcciones x y z, así
como con la covarianza correspondiente cov(x, z) como
parámetros de entrada para el nivel de confianza deseado.
En el presente ejemplo de realización se
pretende neutralizar el cuerpo de munición de ataque 4 a una
distancia de 1000 m y a una altura del blanco de 500 m. Esto
conduce a un ángulo de disparo de aproximadamente 26,6º. La
distancia de localización del radar asciende también a 1000 m.
\vskip1.000000\baselineskip
Sobre
IV
Ayudándose del coeficiente balístico c se
realiza una clasificación del cuerpo de munición de ataque 4
localizado. Previamente se han obtenido por evaluación de tablas de
tiro los intervalos de valores del coeficiente balístico c
de diferentes cuerpos de munición de ataque 4 posibles y
probablemente esperables. Por tanto, se puede asignar a cada
coeficiente balístico c una clase de cuerpo de munición de
ataque 4. Esta asignación se realiza por el ordenador de dirección
de tiro 6.
La aplicación de la determinación de la clase
del cuerpo de munición de ataque 4 puede estar restringida solamente
en los casos raros en que se solapen los intervalos de valores del
coeficiente c. Sin embargo, independientemente de esto, la
exactitud de localización del sensor de radar utilizado del equipo
de localización 5 tiene una influencia significativa sobre la
univocidad del resultado.
En cualquier caso, a partir del conocimiento del
coeficiente balístico se pueden obtener importantes indicaciones
referentes al cuerpo de munición de ataque 4 que se debe
neutralizar. En caso de que el cuerpo de munición de ataque 4 sea
conocido, se tiene que, por ejemplo, se pueden obtener también su
calibre y su dureza, por ejemplo en una tabla.
\vskip1.000000\baselineskip
Sobre
V
Como arma 2 se utiliza un obús anticarro. Esta
pieza de artillería autopropulsada está en condiciones de disparar
proyectiles 3 con un calibre de 155 mm. Después del apuntamiento del
cañón del obús anticarro 3 se espera al instante de disparo.
\vskip1.000000\baselineskip
Sobre
VI
Como cuerpo de munición de defensa 3 se emplea a
modo de ejemplo un proyectil explosivo de alta energía (155 mm) que
se dispara con el obús anticarro 2. Para lograr una gran velocidad
en la boca se utiliza la mayor cantidad posible de carga
propulsora. Las distribuciones de la masa de metralla y las
velocidades de la metralla del cuerpo de munición de defensa 3 se
han obtenido previamente en ensayos de explosión en un banco de
explosiones. Como tiempo de establecimiento del cono de metralla se
considera el tiempo en el que el diámetro del cono de metralla es
igual a la superficie CEP del radar.
El efecto de metralla de proyectiles explosivos
es el resultado de la descomposición de la envoltura del proyectil
en millares de fragmentos de metralla que son acelerados
adicionalmente por la explosión. Las distribuciones de masa de la
metralla y las velocidades de la metralla, obtenidas en el marco de
explosiones, se evalúan según una serie de ensayos de explosión. Se
determinan a partir de estos las matrices de metralla experimentales
conocidas por la literatura en las que se clasifican los fragmentos
de metralla según su ángulo de salida y su masa.
Después de la iniciación de la carga explosiva
14 sobre la trayectoria de vuelo se forma un cono de metralla
abierto en la dirección de movimiento, cuyo ángulo de abertura
depende de la velocidad del cuerpo de munición de defensa 3, de la
velocidad inicial de los fragmentos de metralla y del ángulo de
salida de la metralla. Dado que la distribución de la metralla se
ha obtenido en un banco de explosiones en condiciones estáticas, se
tiene que superponer vectorialmente la velocidad de traslación del
proyectil explosivo 3 en el instante de iniciación y se tiene que
determinar el ángulo dinámico de salida de la metralla. Debido a la
resistencia del aire, la velocidad de los fragmentos de metralla
disminuye al aumentar la distancia al lugar de iniciación.
El número de fragmentos de metralla activos
depende de si la energía cinética de los fragmentos de metralla es
mayor que la energía mínima que se necesita para destruir el cuerpo
de munición de ataque 4 bajo un ángulo de encuentro supuesto. Los
fragmentos de metralla que satisfacen esta condición son fragmentos
activos. La energía mínima es el resultado de la energía que es
necesaria para perforar la pared del proyectil de un blanco RAM y
para detonar la carga explosiva. Se utiliza la fórmula de blindaje
según de Marre conocida por la literatura para estimar la energía
de perforación de cuerpos de munición de ataque 4.
En el cuerpo de munición de ataque 4 descrito se
puede indicar, por ejemplo, una energía de 1200 J como energía
mínima.
Con ayuda de la sensibilidad de impacto de
explosivos típicos se determina la energía para explosionar el
explosivo del cuerpo de munición de ataque 4. El encuentro de un
fragmento de metralla con un cuerpo de munición de ataque 4 se
modela como un proceso de choque plástico y la conversión entonces
producida de energía mecánica en energía interna corresponde en
último término a la energía que está disponible para la destrucción
del cuerpo de munición de ataque 4.
\vskip1.000000\baselineskip
Sobre
VII
La medición de la velocidad v_{M} puede
efectuarse por medio de un radar. Mediante investigación puede
deducirse la velocidad v_{0} en la boca. Para la medición de la
velocidad v_{M} por medio de un aparato de radar se puede
utilizar el procedimiento Doppler o el procedimiento del tiempo de
propagación de impulsos.
En una realización alternativa se integra en el
cañón del arma 2 como equipo de medida 10 una bobina v_{0} apta
para tiempo real que proporciona por medio de inducción la velocidad
inicial del cuerpo de munición de defensa 3 del tiro actual y el
instante de la medición. Esta bobina forma también la referencia
para el sistema de coordenadas espacialmente fijo de los cálculos
balísticos.
\vskip1.000000\baselineskip
Sobre
VIII
La determinación del instante de detonación
T_{Z} por medio de la solución de dirección de tiro corregida
deberá efectuarse con la mayor rapidez posible, puesto que el tiempo
entre el disparo y la detonación del cuerpo de munición de defensa
4 es corto. Para el cálculo de la solución de dirección de tiro
corregida se emplea un procedimiento que resuelve analíticamente
las ecuaciones diferenciales de la balística exterior. Se emplea en
este caso una función matemática, a saber, el phi de Lerch. Con un
procedimiento de aproximación especial, como, por ejemplo, el
método de errores cuadráticos de Gauss, se pueden obtener los
valores de k_{1} y k_{2} a partir de la ecuación
c_{w} = k_{1}*Ma^k_{2} en las tablas de tiros de
servicio (valores de medida). La magnitud c_{w} indica la
relación de la resistencia del aire entre un proyectil y una placa
plana de extensión infinita en función del número de Mach. Sólo con
un valor c_{w} correcto se pueden determinar la fuerza
correcta de resistencia del aire y, por tanto, la trayectoria de
vuelo correcta de un proyectil. Mediante la aproximación de esta
ecuación se pueden resolver analíticamente las ecuaciones
diferenciales de movimiento de la balística exterior para números de
Mach > 1 (supersonido). Se puede efectuar así un cálculo rápido
de soluciones de dirección de tiro, ya que no es necesaria una
integración numérica.
El procedimiento puede combinarse, además, con
el procedimiento descrito en el documento DE 10 2005 023 739 A1. El
procedimiento allí descrito se emplea para obtener la solución de
dirección de tiro ante la presencia de un movimiento relativo entre
el arma y el blanco. Este movimiento relativo está formado en el
presente contexto por el movimiento del cuerpo de munición de
ataque con arma no movida.
Para obtener el instante de detonación T_{Z}
se tienen en cuenta los parámetros que ejercen influencia sobre el
instante de detonación óptimo. El instante de detonación T_{Z}
deberá ser el instante en el que se presenta la máxima probabilidad
de una neutralización exitosa. Debido a las dispersiones y
tolerancias se pueden indicar solamente un espacio de estancia
probable de los cuerpos de munición de ataque y de munición de
defensa, así como un desarrollo probable del efecto de metralla
después de la detonación.
En general, el cuerpo de munición de ataque 4 y
sobre todo su superficie de calibre son pequeños. Por el contrario,
debido a las inexactitudes en la determinación del lugar, el
intervalo de estancia probable de este blanco es grande y viene
descrito geométricamente por un cilindro elíptico, es decir, por un
cilindro con superficie de base elíptica (figura 7). El lugar de
detonación del cuerpo de munición de defensa 3 que resulta del
instante de detonación se fija teniendo en cuenta los aspectos
siguientes:
- -
- Por un lado, la distancia al blanco 4 deberá ser lo más pequeña posible, puesto que, debido a la resistencia del aire al aumentar la distancia al lugar de detonación, disminuye el número de fragmentos de metralla activos.
- -
- Por otro lado, se deberá disparar un poco por delante del blanco 4, ya que los mayores números de fragmentos de metralla se presentan en la zona del borde del cono de metralla.
Es ventajoso que se emplee una media ponderada
de ambos instantes de detonación calculados, de modo que se
maximice la probabilidad de destrucción. Los factores de ponderación
pueden depender del calibre y de la naturaleza del cuerpo de
munición de ataque obtenidos por el equipo de localización y se
obtienen mediante simulación o experimentos.
El mantenimiento exacto del instante de
detonación T_{Z} tiene una alta importancia y su exactitud tiene
que estar en el rango de milisegundos, ya que, en caso contrario, la
detonación se efectuaría demasiado lejos delante o detrás del
blanco 4.
Una magnitud decisiva es, en primer lugar, la
dispersión del propio tiempo de detonación, es decir, la exactitud
con la que detona la espoleta 13 en el instante de detonación
ajustado. Se emplea una espoleta 13 que presenta una dispersión del
tiempo de temporización de menos de 2 ms.
La determinación del instante de detonación
T_{Z} se efectúa por medio de la determinación de la distancia de
detonación. Esto se explica con ayuda de un cálculo de la demanda de
munición. Por medio del cálculo de la demanda de munición se puede
determinar cuántos cuerpos de munición de defensa 3 tienen que
dispararse a fin de conseguir, para un nivel de confianza
prefijado, una neutralización efectiva del cuerpo de munición de
ataque 4.
El cálculo de la demanda de munición se basa en
principios estadísticos conocidos e indica la cantidad de munición
necesaria en promedio para aniquilar completamente el blanco. Según
la ley de aniquilación exponencial, esta cantidad depende de la
probabilidad de disparo p_{K} de un fragmento de metralla y
del número N_{w} de fragmentos de metralla activos contra
la superficie del blanco.
Para el cálculo de la probabilidad de disparo de
N_{w} fragmentos de metralla activos contra la superficie
del blanco se adopta el supuesto esencial de que, como se bosqueja
en la figura 6, la superficie de base del cono de metralla
A_{E} deberá ser exactamente tan grande como la superficie
CEP A_{CEP} del radar en la que se encuentra con la
probabilidad fijada (por ejemplo, P = 50%) el cuerpo de
munición de ataque 4.
La probabilidad de disparo p_{K} de un
fragmento de metralla individual es el resultado de la
multiplicación de la probabilidad de impacto p_{H} por la
probabilidad de destrucción P_{K \arrowvert H}. La
probabilidad de impacto p_{H} indica, en el caso de una
neutralización frontal, la probabilidad de hacer impacto, por un
lado, en la superficie circular del blanco y, por otro, en el cuerpo
de munición de ataque 4, considerado también en su dirección
longitudinal. La probabilidad de destrucción p_{K \arrowvert
H} depende de la relación entre la energía del cuerpo de
munición de defensa 3 y la energía mínima para perforar la envoltura
del cuerpo de munición de ataque 4 y aumenta exponencialmente con
ella.
Los errores de medida de los sensores de los
equipos de medida y localización 5, 10 y 11 en azimut, elevación y
distancia agrandan el lugar de estancia probable del cuerpo de
munición de ataque 4 a neutralizar y la superficie CEP del radar,
de modo que la demanda de munición aumenta con sensores más
inexactos. Además, existen dispersiones en el desarrollo del tiro,
en la velocidad en la boca del cuerpo de munición de defensa 3 y en
el tiempo de detonación para iniciar el proyectil, así como en el
desarrollo subsiguiente del cono de metralla. A esto se añade la
dispersión balística de la munición 3 y del arma 2. Esto repercute
en la probabilidad de impacto y, con ello, en la demanda de
munición. Por tanto, en el marco de la demanda de munición prevista
se fija para el sistema completo, para un nivel de confianza
establecido, la previsión de errores que caracteriza la suma de
todos los errores en el sistema, la cual no deberá ser
sobrepasada.
En el primer paso de la realización práctica se
calcula, en función del aparato de radar elegido 5, la superficie
normal al rayo del radar, en la que se encuentra el cuerpo de
munición de ataque 4 con la probabilidad P. Esta superficie
deberá corresponder a la superficie de base del cono de metralla
A_{E}, de modo que, a ser posible, al menos un fragmento
de metralla de todos los fragmentos de metralla activos pueda
alcanzar la superficie A_{T} del blanco. Esta superficie
A_{T} del blanco se encuentra con la probabilidad P
en algún punto de A_{CEP} y, por tanto, es una superficie
parcial de A_{CEP}.
Con la superficie A_{E} se puede
determinar entonces la distancia de detonación h_{K}, la
cual corresponde a la altura del cono de metralla, debiendo
estimarse para ello primeramente el ángulo de abertura
\beta_{max} del cono de metralla. Éste sirve -con la velocidad
de la trayectoria del cuerpo de munición de defensa 3 en el lugar
de neutralización pronosticado- como magnitud de entrada para el
cálculo del cono de metralla a partir de las distribuciones de
metralla obtenidas experimentalmente en el banco de explosiones.
Con el ángulo de apertura \beta_{max} ahora determinado para el
cono de metralla se pueden calcular entonces una distancia de
detonación mejorada y, por tanto, el cono de metralla. Mediante la
distancia de detonación y en conocimiento del tiempo de referencia
medido T_{M} se puede determinar el instante de detonación
T_{Z}.
El número total de fragmentos de metralla
activos, el ángulo de abertura y la velocidad de la trayectoria en
el lugar de neutralización sirven, juntamente con los datos
anteriormente indicados, como parámetros de entrada para el cálculo
de probabilidad balística anteriormente descrito a fin de calcular
la demanda de munición N_{S}.
En sentido estricto, esta demanda de munición
rige según la figura 7 solamente para la superficie de base del
cilindro elíptico que queda vuelta hacia el lugar de detonación. Sí
el cuerpo de munición de ataque 4 se encuentra realmente, por
ejemplo, en la zona trasera del cilindro elíptico, la densidad de la
metralla es netamente más pequeña y, debido al trayecto de vuelo de
mayor longitud, se reduce la velocidad de la metralla. Se reduce
así el número de los fragmentos de metralla activos por unidad de
superficie y se incrementa la demanda de munición. Mediante una
medición de distancia más exacta, que puede ser realizada por otro
sensor no representado, se puede reducir significativamente la
longitud del cilindro elíptico, con lo que la demanda de munición
en el cilindro elíptico completo es del mismo orden de magnitud que
la superficie de base situada más próxima al lugar de
detonación.
\vskip1.000000\baselineskip
Sobre
IX
A través de la unidad de emisión de señales 7
configurada como unidad de radio se envía el instante de detonación
obtenido T_{Z} por radio, en forma de señales de temporización
codificadas, a la unidad de recepción de señales 8 configurada como
unidad de radio. La unidad de recepción de señales 8 retransmite las
señales a la unidad de control de detonación 9, en la cual se
almacena el nuevo instante de detonación. Asimismo, a través de las
dos unidades de radio 7 y 8 se confirma al ordenador de dirección de
tiro la recepción correcta del instante de detonación T_{Z}. En
caso de que no se efectúe una confirmación, se calcula nuevamente el
instante de detonación y se transmite éste al cuerpo de munición de
defensa 3.
En otra ejecución se activa a distancia la
espoleta 13 en el instante de detonación obtenido T_{Z}, por
medio de señales codificadas de control a distancia y a través de
las dos unidades de radio 7 y 8 y la unidad de control de
detonación 9, efectuándose esta activación directamente después de
la recepción correcta de tales señales. Con una elección adecuada
de la frecuencia portadora (por ejemplo, 520 kHz) se puede enviar
el código completo en 100 \mus, de modo que el instante de
transmisión T_{\ddot{U}} prácticamente coincide con el instante
de detonación. Mediante el empleo de una activación directa a
distancia se puede retardar de manera ventajosa la determinación
del instante de detonación óptimo durante tanto tiempo como sea
absolutamente posible, con lo que resulta factible una
determinación más exacta de las trayectorias de vuelo.
Se puede conseguir una seguridad incrementada
haciendo que estén codificadas las señales de temporización o las
señales de control a distancia. El código es evaluado por la unidad
de control de detonación para detectar la recepción correcta de las
señales de control a distancia. Únicamente al final de la
verificación del código, que tiene que coincidir con el código
conocido por la unidad de control de detonación, se cambia la
consigna de temporización o se inicia directamente la
detonación.
En otra ejecución no representada el cuerpo de
munición de defensa presenta, además, una espoleta de proximidad.
Ésta inicia la detonación cuando el cuerpo de munición de defensa 3
se encuentra a una distancia ajustable del cuerpo de munición de
ataque 4. Es ventajoso a este respecto que, en el caso en el que el
instante de detonación obtenido fuera realmente demasiado tardío,
existe una cierta oportunidad de que el cuerpo de munición de
defensa sea iniciado antes por medio de la espoleta de
proximidad.
En una ejecución no representada el cuerpo de
munición de defensa presenta como espoleta únicamente una espoleta
de proximidad, pero no lleva ninguna unidad de radio 8. La espoleta
de proximidad activa la detonación cuando el cuerpo de munición de
defensa 3 se encuentra a una distancia ajustable del cuerpo de
munición de ataque 4, por ejemplo a una distancia de 1 m. Por
tanto, en esta ejecución no se realizan los pasos VII a IX del
procedimiento de la figura 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Sobre
X
Después de la detonación de la carga explosiva
14 se forma el cono de metralla. En caso de que el cuerpo de
munición de ataque 4 no haya sido neutralizado con éxito, se dispara
otro cuerpo de munición de defensa 3 con una nueva solución de
dirección de tiro. Sin embargo, en una ejecución ventajosa se
disparan directamente uno tras otro desde una o varias armas 2
varios cuerpos de munición de defensa 3 de conformidad con la
demanda de munición establecida, sin que se espere a un retroaviso
de una neutralización exitosa.
Los resultados siguientes de un cálculo de
demanda de munición muestran que con el sistema de radar
MWRL-SWK elegido en el ejemplo de realización se
pueden materializar números de tiros N_{S} < 10 con
proyectiles explosivos de 155 mm como cuerpos de munición de
defensa. Para la neutralización de una granada de mortero de 82 mm
como cuerpo de munición de ataque es perfectamente adecuado el
proyectil de 155 mm. Es responsable de esto, entre otros, el gran
número de fragmentos de metralla activos N_{f;proy} = 7857
en combinación con un ángulo grande de abertura del cono de
metralla \beta_{max} = 79,5º. La figura 8 muestra para
dispersiones diferentes un diagrama de demanda de munición con miras
a neutralizar exitosamente a un nivel de confianza (C.L.) de 50% y
la figura 9 muestra para dispersiones diferentes un diagrama de
demanda de munición con miras a neutralizar exitosamente a un nivel
de confianza de 99%. En este caso, en cada una de las dos figuras 8
y 9 se han registrado en el eje de abscisas las desviaciones
estándar de azimut y elevación del aparato de radar, que se suponen
como iguales. Sobre el eje de ordenadas se han registrado los
números enteros de tiros necesarios para valores prefijados de C.L.
Es de hacer notar que incluso con una probabilidad de aniquilación
del 99% la demanda de munición a base de proyectiles de 155 mm con
los supuestos elegidos está en un máximo de cuatro tiros y, por
tanto, netamente en el dominio de una sola cifra.
Claims (15)
1. Procedimiento de protección contra cuerpos
volantes de munición de ataque (4), en el que
- i.
- se localiza el cuerpo de munición de ataque (4) por medio de al menos un equipo de localización (5, 12),
- ii.
- se calcula iterativamente la trayectoria de vuelo del cuerpo de munición de ataque (4), a cuyo fin, para calcular la trayectoria de vuelo del cuerpo de munición de ataque (4), se obtiene el coeficiente balístico c del cuerpo de munición de ataque (4) con relación a su masa a partir de la diferencia de dos energías cinéticas del cuerpo de munición de ataque (4) en dos lugares y del trayecto recorrido entre estos lugares,
- iii.
- se obtiene una solución de dirección de tiro para disparar un cuerpo de munición de defensa (3) con efecto de metralla,
- iv.
- se dispara el cuerpo de munición de defensa (3) por medio de un arma (2) de grueso calibre, especialmente un arma con un calibre de al menos 76 mm, y
- v.
- el cuerpo de munición de defensa (3) puede ser temporizado y/o detonado a distancia después del disparo y este cuerpo detona o es detonado a distancia después del disparo en un instante de detonación T_{Z}.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se obtiene la velocidad v_{M} del
cuerpo de munición de defensa (3) en un instante determinado
T_{M} por medio de al menos un equipo de medida, pudiendo
apuntarse especialmente el equipo de medida (10) y estando éste
apuntado en el sentido de la dirección de disparo en el instante
del disparo del cuerpo de munición de defensa (3).
3. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se
establece como instantes de detonación T_{Z} el instante en el
que se presenta una alta probabilidad, especialmente la mayor
probabilidad de una neutralización exitosa del cuerpo de munición de
ataque (3), la cual es el resultado especialmente del producto de
la probabilidad de impacto, que indica si un fragmento de metralla
hace impacto en el cuerpo de munición de ataque, por la
probabilidad de destrucción, que indica si este fragmento de
metralla está en condiciones de destruir la envoltura del cuerpo de
munición de ataque (4).
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque para la determinación del instante de
detonación T_{Z} se tienen en cuenta uno o varios parámetros
seleccionados del grupo que consta de:
- a)
- inexactitudes de medida del equipo de medida (10), especialmente en la determinación del instante, la velocidad, el azimut, la elevación y/o la distancia;
- b)
- inexactitudes de medida del equipo de localización (5, 12), especialmente en la determinación del instante, la velocidad, el azimut, la elevación y/o la distancia;
- c)
- naturaleza del cuerpo de munición de ataque (4), especialmente su dureza;
- d)
- naturaleza del cuerpo de munición de defensa (3), especialmente sus propiedades tales como matriz de metralla, tiempo de establecimiento del cono de metralla, inexactitudes del tiempo de temporización;
- e)
- tiempo de desarrollo del tiro del cuerpo de munición de defensa (3);
- f)
- dispersión balística.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el instante
de detonación T_{Z} se obtiene por medio de un procedimiento
analítico.
6. Procedimiento de protección contra cuerpos
volantes de munición de ataque (4), en el que
- i.
- se localiza el cuerpo de munición de ataque (4) por medio de al menos un equipo de localización (5, 12),
- ii.
- se calcula iterativamente la trayectoria de vuelo del cuerpo de munición volante (4), a cuyo fin, para calcular la trayectoria de vuelo del cuerpo de munición de ataque (4), se obtiene el coeficiente balístico c del cuerpo de munición de ataque (4) con respecto a su masa a partir de la diferencia de dos energías cinéticas del cuerpo de munición de ataque (4) en dos lugares y del trayecto recorrido entre estos lugares,
- iii.
- se obtiene una solución de dirección de tiro para disparar el cuerpo de munición de defensa (3) con efecto de metralla,
- iv.
- se dispara el cuerpo de munición de defensa (3) por medio de un arma (2) de grueso calibre, especialmente un arma con un calibre de al menos 76 mm, y
- v.
- se inicia la detonación del cuerpo de munición de defensa (3) por medio de una espoleta de proximidad dispuesta en el cuerpo de munición de defensa.
\vskip1.000000\baselineskip
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, para
establecer la naturaleza del cuerpo de munición de ataque (4), se
obtiene el coeficiente balístico c de dicho cuerpo de
munición de ataque (4).
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se obtiene
el coeficiente balístico c por medio de la determinación de
la fuerza de resistencia del aire del cuerpo de munición de ataque
(4).
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, para
obtener una energía cinética, se registran dos puntos de medida por
medio del equipo de localización (5, 12), a partir de los cuales se
establece la velocidad del cuerpo de munición de ataque (4).
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se obtiene
la demanda probable de munición consistente en cuerpos de munición
de defensa (3), especialmente el número de los cuerpos de munición
de defensa (3) que se deben disparar, después de la localización de
los cuerpos de munición de ataque (4).
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque se disparan los cuerpos de munición de
defensa (3) según la demanda de munición obtenida en tanto no se
reconozca la neutralización exitosa del cuerpo de munición de
ataque (4).
12. Procedimiento según la reivindicación 10 u
11, caracterizado porque, para la obtención de la demanda de
munición, especialmente del número de cuerpos de munición de defensa
(3) que se deben disparar, se tienen en cuenta uno o varios
parámetros seleccionados del grupo que consta de:
- a)
- inexactitudes de medida del equipo de medida (10), especialmente en la determinación del instante, la velocidad, el azimut, la elevación y/o la distancia;
- b)
- inexactitudes de medida del equipo de localización (5, 12), especialmente en la determinación del instante, la velocidad, el azimut, la elevación y/o la distancia;
- c)
- naturaleza del cuerpo de munición de ataque (4), especialmente su dureza;
- d)
- naturaleza del cuerpo de munición de defensa (3), especialmente sus propiedades tales como matriz de metralla, tiempo de establecimiento del cono de metralla, inexactitudes del tiempo de temporización;
- e)
- tiempo de desarrollo del tiro del cuerpo de munición de defensa (3);
- f)
- dispersión balística.
\vskip1.000000\baselineskip
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se
temporiza previamente el cuerpo de munición de defensa (3), antes
del disparo, a un instante T_{pre} que está temporalmente delante
del instante T_{B} pronosticado por la solución de dirección de
tiro obtenida antes del disparo, en el cual el cuerpo de munición
de defensa (3), en ausencia de detonación, choca con el suelo, y el
cual está en particular temporalmente después del instante T_{A}
que viene determinado por el instante de detonación T_{z} del
cuerpo de munición de defensa (3) pronosticado por la solución de
dirección de tiro obtenida antes del disparo.
14. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se emite un
aviso para la zona del punto de impacto en el suelo obtenido por la
trayectoria de vuelo establecida del cuerpo de munición de ataque
(4).
15. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, para
calcular la trayectoria de vuelo del cuerpo de munición de ataque
(4), se resuelven las ecuaciones de movimiento de la balística
exterior.
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