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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Absetzen eines an einer Ausziehplattform oder an einem Airdrop-Pylon fixierten Marschflugkörpers, wobei die Abtrennung von der Ausziehplattform bzw. vom Airdrop-Pylon in annähernd senkrechter, stabiler Lage des Marschflugkörpers nach unten erfolgt.
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In
DE 103 42 565 A1 und
DE 103 38 963 A1 ist dargestellt, welche Nachteile der Verschuß von Marschflugkörpern wie Taurus KEPD 350, Storm Shadow, Scalp EG, Apache, JASSM AGM-158 von Jagdbombern wie Tornado, Harrier, Eurofighter, Mirage 2000, Rafale, Gripen, Viggen, F-18 mit sich bringt. Weiterhin ist dort beschrieben, welche Vorteile der Verschuß von Marschflugkörpern von militärischen Transportflugzeugen wie A400M oder C-130 Herkules mittels Fallschirm-Airdrop hat und welche technischen Lösungsmöglichkeiten sich hierfür anbieten (
DE 103 42 565 A1 : Airdrop-Launcher, Airdrop-Pylon;
DE 103 38 963 A1 : Ausziehplattform). DE 103 42 565 A1 und DE 103 38 963 A1 ist gemeinsam, dass der Marschflugkörper unmittelbar nach Auszug mittels Auszieh-Fallschirm über die hintere geöffnete Laderampe des Transportflugzeug und nach Verlassen des Sicherheitsbereichs hinter der abgesenkten Laderampe sich bei geringem Nick-Winkel von der Ausziehplattform bzw. vom Airdrop-Pylon trennt, indem er die Kartuschen der Ausziehplattform bzw. des Airdrop-Pylons zündet. Dieses Verfahren birgt bei schweren (> 1500 kg) und überschweren (> 2000 kg) Marschflugkörpern die Gefahr in sich, dass bei langsamen Airdrop-Geschwindigkeit (50 m/s–-90 m/s) des Transportflugzeuges die Zugkraft des Auszieh-Fallschirmes entsprechend niedrig ist (< 7 kN bei 2.5 m Durchmesser des Ausziehfallschirmes), so dass
- – möglicherweise keine stabile Fluglage bei dieser geringen Geschwindigkeit eintritt, wodurch das Öffnen der Schwenkflügel und der nachfolgende Start des Triebwerks verhindert werden,
- – möglicherweise durch die geringe Zugkraft des Auszieh-Fallschirmes der Marschflugkörper mit der Nase bei Verlassen der Laderampe nach unten wegkippen, was nachfolgend eine starke Pendelbewegung durch die sich verändernde Zugkraft des Ausziehfallschirmes verursacht, wodurch wiederum das sofortige Öffnen der Schwenkflügel und der nachfolgende Start des Triebwerks verhindert werden.
Große Airdrop-Geschwindigkeiten (> 160 m/s) andererseits können das Zerreißen des Auszieh-Fallschirm verursachen, da sich eine Zugkraft von > 30 kN entwickelt.
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Die
DE 103 38 963 A1 beschreibt ein Verfahren zum Absetzen einer Ausziehplattform aus dem Frachtraum eines Transportflugzeug über die hintere Laderampe mittels Fallschirmauszuges, wobei der sich an der Ausziehplattform befindliche Marschflugkörper in horizontaler Lage von der Ausziehplattform abgestoßen wird, nachdem der Abschluss des erfolgreichen Ausziehvorganges erkannt wurde und sich die Ausziehplattform außerhalb des Sicherheitsbereiches des Transportflugzeuges befindet.
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In
JP04-260900 A ist ein Verfahren zum Ausbringen einer Plattform aus dem Frachtraum eines Transportflugzeug gezeigt, wobei der sich auf der Plattform befindliche Flugkörper in schräge Fluglage von der Plattform abgleitet, wenn der Trennungsvorgang ausgelöst wird.
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Angesichts obiger Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches das sichere Ausbringen eines schweren bzw. eines überschweren Marschflugkörpers (1.5 to bis 2.5 to) mittels Fallschirm-Airdrop über die hintere abgesenkte Laderampe eines militärischen Transportflugzeuges auch bei niederigen Geschwindigkeiten erlaubt.
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Die Lösung der vorher aufgezeigten Aufgabe erfolgt jeweils durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt. Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigt:
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: Ausziehplattform in Airdrop-Stellung, Airdrop-Fallschirm wird ins Freie geschossen
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: Airdrop-Fallschirm zieht Ausziehplattform mit Marschflugkörper ins Freie
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: Umbilical-Kabel wird von der Ausziehplattform abgezogen, Zugkraft des Fallschirmes führt Marschflugkörper in senkrechte Lage
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: Ausziehplattplattform mit Marschflugkörper führt Pendel-Bewegung um die Senkrechte
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: Ausziehplattform mit Marschflugkörper hat stabile, annähernd, senkrechte Lage erreicht
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: bei Abklingen der Pendelbewegung aktiviert der Marschflugkörper die Kartuschen der Ausziehplattform und wird durch die Erdbeschleuningung im Sturzflug nach unten beschleunigt, so dass das Triebwerk unverzüglich gestartet werden kann, nachfolgend erfolgt ein Sturzflug-Abfangmanöver, um in die vorgeplante Marschphase überzugehen
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: Zustands-Übergangs-Diagramm der Hauptablaufsteuerung des Marschflugkörpers bei Vertikal-Start-Verfahren
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: AGL-AMSL-Höhen-Szenarium
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: Zustands-Übergangs-Diagramm der Hauptablaufsteuerung des Marschflugkörpers bei automatischem Auswahlverfahren
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zeigt ein militärisches Transportflugzeug wie z. B. A400M, in dem ein aus dem Stand der Technik bekanntes Marschflugkörper-Airdrop-System installiert ist, welches aus dem Weapon Control Mission Planing Container (WCMPC) und einen oder mehreren Ausziehplattformen, die jeweils einen Marschflugkörper tragen, besteht und dessen Elemente im Frachtraum des Transportflugzeuges wie übliche Cargo-Palleten gehandhabt werden.
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Insbesondere ist in dargestellt, welche Mode der Marschflugkörper bis zum Auslösen des Airdrops durchläuft: Einschalt-Vorgang ('Power On'), Einschalttests ('Einschalt Test', 'Ausgelöster Test'), Verteilung des Missionsplanes ('Verteilung'), Aufrichtung des Navigationssystems ('Navigation Aufrichtung'), Release-Vorbereitungen ('Flugkörper Verschuß Vorbereitung', 'Prüfung Verschuß-Bedingungen', 'Stop Flugzeug Interaction'). und zeigen die Situation, wenn sich der Marschflugkörper im Mode 'Airdrop Überwachung' befindet (siehe ), in dem überwacht wird, ob der Airdrop-Vorgang korrekt durchlaufen wird:
- – ob das Airdrop-Fallschirmsystem die Aktivierung des Fallschirmes gemeldet hat,
- – ob die Inertial Measurement Unit (IMU) des Marschflugkörpers die durch die Zugkräfte des Fallschirmes erzeugten Beschleunigungen sensiert,
- – ob die Milbus-Kommunikation durch das Abziehen des Umbilical-Kabel vom Umbilical-Stecker der Ausziehplattform stoppt,
- – ob diskrete Signale des Umbilical-Kabels spannungs/stromlos werden aufgrund des Abziehens des Umbilical-Kabel vom Umbilical-Stecker der Ausziehplattform.
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Falls obige Bedingungen erfüllt sind und damit sichergestellt ist, dass der Marschflugkörper sich hinter der geöffneten Laderampe außerhalb des Sicherheitsbereiches (→ Länge des Umbilical-Kabels, siehe ) befindet, wechselt die interne Ablaufsteuerung des Marschflugkörpers in den Mode 'Lage Überwachung'. und entsprechen der Situation, wenn der Marschflugkörper im Mode 'Lage Überwachung' gesteuert wird. Im Mode 'Lage Überwachung' prüft der Marschflugkörper mittels der navigierten Euler-Winkel, ob er sich von der waagrechten Lage unmittelbar bei Airdrop in eine annähernd senkrechte Lage (Nick-Winkel 70°–90° je nach Wind- und Airdrop-Geschwindigkeit) bewegt, wobei eventuelle Pendelbewegungen abgewartet werden. Stellt der Marschflugkörper innerhalb einer vordefinierten Zeit (z. B. 10 sec) fest, dass er am Ausziehfallschirm hängend sich in einer stabilen, annähernd senkrechten Lage befindet (siehe ), wechselt er in den Mode 'Warten auf Release-Ereignis' (siehe ). Falls innerhalb der vordefinierten Zeit keine stabile, annähernd senkrechte Lage sensiert werden kann, erfolgt trotzdem der Wechsel in den Mode 'Warten auf Release-Ereignis'.
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Im Mode Warten auf Release-Ereignis aktiviert der Marschflugkörper ein diskretes Umbilical-Steuer-Signal, mit dem die Kartuschen (Catridges) des Ausziehplattform-Pylons zum Öffnen der Hacken und zur Stößel-Ausstoßung gezündet werden, um die Trennung des Marschflugkörpers von der Ausziehplattform zu bewirken.
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Wenn nun anschließend der Marschflugkörper durch den ausgefahrenen Plunger, welcher im Mode 'Lage Überwachung' entriegelt wurde, sensiert, dass er von der Ausziehplattform und damit vom Ausziehfallschirm getrennt ist (siehe ), wird in den Mode 'Sturzflug zum Triebwerksstart' (siehe ) verzweigt.
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Im Mode 'Sturzflug zum Triebwerksstart' wird nun folgendes ausgeführt:
- – Aktivierung der Safe/Arm-Schaltung (siehe Sicherheits-Kette, LANSAD) um die für Schwenkflügel-Öffnung und Triebwerksstart notwendig Energie (Arm-Power) durchzuschalten,
- – abwarten bis die Arm-Power vorliegt,
- – öffnen der Schwenkflügel,
- – entfernen der Abdeckung der Triebwerks-Lufteinlässe (windmiling treibt dann zunächst die Triebwerksdrehzahl bis ≈ 2000 rpm hoch),
- – initiieren der Triebwerksstartsequenz (Kartuschen-Zündung zur Steigerung der Triebwerksdrehzahl, Treibstoff-Zündung etc.., sofern eine definierte AMSL unterschritten ist), einschalten der Suchkopf-Kühlung,
- – lenken des Marschflugkörpers auf einer annähernd senkrechten Flugbahn nach unten (vergleiche Endphasen-Lenkung, Terminal Guidance), daher keine Q0-Control und keine Separation Guidance nach Release-Sensierung.
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Wenn das Triebwerk die Leerlaufdrehzahl (idle speed ≈ 20000–21000 rpm) erreicht (typisch circa 12 sec nach Triebwerkstart-Aktivierung), wird in den Mode 'Abfang-Manoever' (siehe ) übergegangen.
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Im Mode 'Abfang-Manoever' sind folgende Aktionen durchzuführen:
- – Triebwerk mit maximaler Soll-Drehzahl (typisch 27000 rpm) ansteuern, um maximale Querbeschleunigungs-Fähigkeit des Marschflugkörpers zu erreichen,
- – ausführen einer vorberechneten Standard-Flugbahn, durch welche der Marschflugkörper von seiner annähernd senkrechter Lage in eine annähernd waagrechte Lage (→ Anstellwinkel) bei minimalem Kurvenradius und mit minimaler seitlicher Bewegung gelangt.
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Hat der Marschflugkörper die annähernd waagrechte Lage eingenommen, wird in den Mode 'Vorgeplante Marschphase' gewechselt, falls die Entfernung und die Kurswinkel-Abweichung zur vorgeplanten Flugbahn (Missionsplan) gering sind (typisch: Entfernung < 10 km, Kurzwinkel-Abweichung < 20°). Falls die Entfernung oder die Kurswinkel-Abweichung zur vorgeplanten Flugbahn signifikant sind, wird in den Mode 'Nachgeplante Marschphase' verzweigt, in welchem eine horizonatale und vertikale Flugbahn berechnet und anschließend ausgeführt wird, um in die vorgeplannte Flugbahn einzufädeln. Wenn dann die vorgeplante Flugbahn erreicht wird, wird der Mode 'Vorgeplante Marschphase' eingenommen.
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Der Mode 'Vorgeplante Marschphase' und der Mode 'Nachgeplante Marschphase' sind vom Marschflugkörper TAURUS KEPD350 her bekannt. Zu beachten ist,
- – dass der Höhenverlust des Marschflugkörpers im Mode 'Lage Überwachung' (noch am Ausziehfallschirm hängend für max. 10 sec) nicht mehr als 500 m beträgt,
- – dass der Höhenverlust des Marschflugkörpers in den Modes Warten auf Release-Ereignis' und 'Sturzflug zum Triebwerksstart' (Marschflugkörper im freien Fall senkrecht nach unten) nicht mehr als 2500 m beträgt,
- – dass der Höhenverlust des Marschflugkörpers im Mode 'Abfang-Manoever' nicht mehr als 3000 m beträgt.
Somit ergibt sich für das obig beschriebene Vertikal-Start-Verfahren eine Release-Höhe über Grund (AGL) von mindestens 6 km (gegen die niedrigen Temperaturen bei 6 km und höher stehen in Transportflugzeugen für das Frachtpersonal entspr. Schutzanzüge zur Verfügung).
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Weiterhin ist zu beachten, dass der Start des Triebwerkes nur innerhalb der zulässigen Envelope (gebildet aus Anstellwinkel und Höhe über See) erfolgen darf, typischerweise nicht höher als 8000 m über See (AMSL), was im Mode 'Sturzflug zum Triebwerksstart' bei der Initiierung des Triebwerkstarts zu berücksichtigen ist. Dadurch ergeben sich folgende Kriterien für die Freigabe des Releases durch den Marschflugkörper (vergleiche Datenfeld 'Release Status' im Wort 'Mission Status' der Milbus-Message OMS02 bei TAURUS KEPD350, siehe dazu MIL-STD 1760) im Mode 'Navigations Aufrichtung':
- – Höhe über Grund (AGL) > 6 km,
- – erfolgreiche Aufrichtung des Navigations-Systemes des Marschflugkörpers,
- – erfolgreiche Missions-Selektion.
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Wenn alle obigen Kriterien erfüllt sind, gibt der Marschflugkörper im Mode 'Navigation Aufrichtung' den Release via Milbus frei (in 'Navigation Aufrichtung' befindet sich der Marschflugkörper noch im Laderaum des Transportflugzeuges). Der Marschflugkörper kann die Höhe über Grund (AGL) mittels der navigierten Höhe über See (AMSL) und der in seiner Gelände-Datenbank vorhandenen, aktuellen Gelände-Elevation ermitteln (AGL = AMSL – Gelände-Elevation) oder, falls vorhanden und valide, die vom Transportflugzeug gemessene Höhe über Grund benutzen.
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stellt das obig beschriebene Höhen-Szenarium dar, aus dem ersichtlich wird, dass ein Vertikal-Release nur bei Gelände-Elevationen < 2000 m problemlos möglich ist. Bei Triebwerks-Start über 8000 m besteht die zunehmende Gefahr, dass wegen der geringen Luftdichte die Treibstoffzündung versagt, weswegen der Triebwerksstart erst bei Unterschreiten einer definierten AMSL (z. B. 8000 m) eingeleitet wird.
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zeigt den besonderen Fall, dass der Marschflugkörper nach Verlassen der Laderampe mittels Fallschirm-Airdrop und unmittelbar nach Verlassen des Sicherheitsbereiches hinter der geöffneten Laderampe zunächst versucht (aufgrund Festlegung im Missionsplan) in der bereits bekannten Weise in annähernd horizontaler Lage sich von der Ausziehplattform durch Zündung der Kartuschen der Ausziehplattform zu trennen (siehe Mode 'Plattform-Regelung und Warten auf Release-Ereignis' in ). Falls nun die horizontale Trennung innerhalb einer vordefinierten Zeit (z. B. 5 sec) aufgrund eines ungünstigen Flugzustandes (z. B. durch starke Nick-Pendel-Bewegung) nicht möglich ist, wird in den Mode 'Lage Überwachung' übergegangen, indem abgewartet wird, bis sich der Marschflugkörper in stabiler, annähernd senkrechter Lage am Ausziehfallschirm hängend befindet, um dann wie oben beschrieben die Trennung von der Ausziehplattform herbeizuführen.
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Insofern kann das im vorliegendem Dokument beschriebene Vertikal-Start-Verfahren als Backup-Verfahren (→ 'Horizontal-Start-Verfahren mit Backup-Verfahren') für das im Stand der Technik beschriebene Horizontal-Start-Verfahren betrachtet werden, wobei allerdings die vorher beschriebenen Höheneinschränkungen (siehe ) genauso gelten.
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Im Missionsplan des Marschflugkörpers ist bzgl. der Trennungs-Methode des Marschflugkörpers von seiner Ausziehplattform daher definiert (z. B. in einem neuen Attribut des Datenblockes 'Release-Point'), ob der Marschflugkörper
- – das 'Horizontal-Start-Verfahren oder
- – das Vertikal-Start-Verfahren' oder
- – das 'Horizontal-Start-Verfahren mit Backup-Verfahren'
ausführen soll. Für das im Stand der Technik beschriebene Marschflugkörper-Airdrop-System (Airdrop-Launcher, Airdrop-Pylon) können die in dem vorliegendem Dokument beschriebenen Verfahren 'Vertikal-Start-Verfahren' und 'Horizontal-Start-Verfahren mit Backup-Verfahren' gleichfalls angewendet werden.
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Das im vorliegendem Dokument beschriebene 'Vertikal-Start-Verfahren' erlaubt
- den Verschuß von schweren und überschweren Marschflugkörpers mit großer Reichweite (> 600 km) und hoher Feuerkraft (längerer Penetrator), die von konventionellen Jagdbombern wegen ihrer Länge (bis zu 6 m und mehr) und ihres Gewichtes (bis 2.0 to oder mehr) nicht mehr getragen werden können (insbesondere nicht an Flügel-Waffenstationen, siehe Eurofighter),
- – den Verschuß von schweren und überschweren Marschflugkörpern bei langsamen Airdrop-Geschwindigkeiten von circa 180 km/h bis circa 320 km/h (wie bei Cargo-Airdrop), wodurch keine zusätzliche Ausrüstung (→ high speed airdrop equipment) notwendig ist.
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Durch die große Reichweite eines schweren und überschweren Marschflugkörpers reduziert sich die Gefährdung des abschießenden Transportflugzeuges. So liese sich z. B. ein schwerer Marschflugkörpers auf Basis des TAURUS KEPD350 einfach durch Hinzufügung einer oder zweier Tank-Sektionen definieren, wobei der Penetrator (→ höhere Feuerkraft) und die Schwenkflügel (→ mehr aerodynamischer Auftrieb) entsprechend verlängert werden könnten. Durch die Steigerung des aerodynamischer Auftriebes könnte möglicherweise auf ein leistungsstärkeres Triebwerk verzichtet werden.
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Das beschriebene 'Horizontal-Start-Verfahren mit Backup-Verfahren' ist dann vorteilhaft, wenn die Reichweite durch einen hohen Release maximiert werden soll. Grundsätzlich ist das System 'Transportflugzeug mit Marschflugkörper' dem System 'Jagdbomber mit Marschflugkörper' überlegen hinsichtlich:
- – größerer operationeller Reichweite
- – höherer Feuerkraft
- – kürzerer Zeit 'from sensor to shooter'.