DE102018115023A1

DE102018115023A1 - Drohnenabwehr

Info

Publication number: DE102018115023A1
Application number: DE102018115023.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Baumeier
Original assignee: Rheinmetall Landsysteme GmbH
Current assignee: Rheinmetall Landsysteme GmbH
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-12-24
Also published as: EP3811021A1; WO2019243056A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abwehrsystem gegen Flugkörper, vorzugsweise mit Rotoren. Das Abwehrsystem umfasst dabei mindestens ein nichtnewtonsches Fluid und mindestens ein Ausbringmittel für das nichtnewtonsche Fluid. Das nichtnewtonsche Fluid sorgt dabei dafür, dass die Flugkörper in Ihrem Flugverhalten instabil werden oder abstürzen. Dies wird dadurch erreicht, dass bei mechanischer Einwirkung auf das nichtnewtonsche Fluid, beispielsweise durch die Drehbewegung von Rotoren die Viskosität des nichtnewtonschen Fluids verändert wird, wodurch der Auftrieb der Flugkörper verändert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abwehrsystem gegen Flugkörper, vorzugsweise mit Rotoren. Entsprechende Flugkörper gibt es in verschiedenen Größen, wobei diese unbemannt, aber auch bemannt sein können. Die unbemannten Flugkörper mit solchen Rotoren werden häufig als Drohnen bezeichnet. Hierbei können diese Flugkörper einen oder mehrere Rotoren aufweisen.
Durch die Beliebtheit und einfache Verfügbarkeit solcher Flugkörper werden diese zunehmend als Bedrohung wahrgenommen. Zum einen können solche Flugkörper mit Waffensystem oder Aufklärungsmittel ausgestattet sein, zum anderen könnten sie aber auch herkömmliche Fahrzeuge und Flugzeuge behindern und im schlimmsten Fall navigationsunfähig machen.
Insbesondere können solche Flugkörper mit Rotoren dann eine Bedrohung darstellen, wenn sie in Schwärmen und/oder plötzlich auftreten, also wenn sie in einer hohen Stückzahl in einem räumlich begrenzten Ort fliegen.
Die Abwehr solcher Flugkörper gestaltet sich problematisch, da aufgrund ihrer geringen Größe und der Wendigkeit der Flugkörper konventionelle Abwehrmaßnahmen häufig keine ausreichende Wirkung erzielen.
So können entsprechende Flugkörper nicht abgeschossen werden, da sie Ausweichmanöver einleiten können, wodurch Treffer unwahrscheinlich werden. Weiterhin können im Falle eines Schwarms die Flugkörper nicht schnell genug abgewehrt werden.
Die DE 10 2015 011 058 A1 offenbart ein Abwehrsystem durch nichtletale Mittel. Dabei werden Projektile aus nicht letalen Materialien verwendet. Auch ein Laser wird zur Abwehr offenbart. Effektiv wird zeitlich jedoch immer nur eine Bedrohung abgewehrt.
Die DE 10 2015 011 579 A1 offenbart dazu eine Drohnenabwehr durch ein Netz. Hierbei ist jedoch nur ein kleiner Bereich abwehrbar, nämlich der des Netzes. Drohnen können ein solches Netz auch gut erkennen und ggf. umgehen.
Eine Abwehr mittels elektromagnetischem Puls ist ebenfalls problematisch, da bei einem solchen Puls alle elektronischen Geräte in Reichweite betroffen sind. Ein Flugzeug, welches durch einen Schwarm Flugkörper behindert würde, könnte somit nicht durch einen elektromagnetischen Puls verteidigt werden, da das Flugzeug dadurch ebenfalls betroffen wäre.
Eine solche Abwehr mittels elektromagnetischem Puls ist beispielsweise aus der DE 10 2015 008 296 A1 bekannt.
Es stellt sich somit das Problem und die Aufgabe, ein Abwehrsystem gegen Flugkörper mit Rotoren oder Düsen zu schaffen, bei welchem in kurzer Zeit möglichst viele Flugkörper mit Rotoren oder Düsen in einem Bereich abgewehrt werden können und keine elektronischen Systeme, die nicht zu den abzuwehrenden Flugkörpern mit Rotoren gehören, beeinflusst werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. So beansprucht die vorliegende Erfindung ein Abwehrsystem gegen Flugkörper mit Rotoren oder Düsen, wobei das Abwehrsystem mindestens ein nichtnewtonsches Fluid beinhaltet.
Ein nichtnewtonsches Fluid ist ein flüssiges oder gasförmiges Fluid, welches sich bei mechanischer Einwirkung verfestigt oder verflüssigt. Normale Fluide oder auch newtonsche Fluide sind Fluide mit linear viskosem Fließverhalten. Das bedeutet, dass die mechanische Einwirkung sich proportional auf das Fließverhalten des Fluids auswirkt.
Im Gegensatz dazu sind nichtnewtonsche Fluide derart gestaltet, dass sie ihr viskoses Fließverhalten nichtlinear bei mechanischer Einwirkung ändern.
In der Gruppe der nichtnewtonschen Fluide gibt es Fluide, welche sich bei steigender mechanischer Einwirkung verfestigen und Fluide, welche sich bei steigender mechanischen Einwirkung verflüssigen. Die Wirkweise, bei steigender mechanischer Beanspruchung eine steigende Viskosität hervorzurufen, nennt man dilatant. Die Wirkweise, bei steigender mechanischer Beanspruchung eine sinkende Viskosität hervorzurufen, nennt man strukturviskos oder scherverdünnend.
Dieses vorgenannte Verhalten nutzt die vorliegende Erfindung, um die Bewegung der Rotoren der Flugkörper zu beeinflussen. Wenn ein abzuwehrender Flugkörper mit Rotoren diese nicht mehr funktionsgemäß bewegen kann, führt dies zu einem instabilen Flugverhalten welches den Absturz des Flugkörpers herbeiführen und/oder den Flugkörper unschädlich machen kann.
Die Erfindung schlägt dazu vor, mindestens ein nichtnewtonsches Fluid zu verwenden, um es in den Bereich der abzuwehrenden Flugkörper mit Rotoren oder Düsen einzubringen.
Für das Einbringen in den Flugbereich besteht das Abwehrsystem weiterhin aus mindestens einem Ausbringmittel für das nichtnewtonsche Fluid. Mithilfe dieses Ausbringmittels wird das nichtnewtonsche Fluid in den Flugbereich der abzuwehrenden Flugkörper eingebracht.
Kommt nun das nichtnewtonsche Fluid, nachdem es ausgebracht wurde, in den Wirkungsbereich der Rotoren der abzuwehrenden Flugkörper, wirkt die Bewegung der Rotoren mechanisch auf das ausgebrachte nichtnewtonsche Fluid ein. Dadurch, dass die Viskosität des nichtnewtonschen Fluids bei dieser mechanischen Einwirkung verändert wird, behindert das nichtnewtonsche Fluid die Bewegung der Rotoren der abzuwehrenden Flugkörper. Bevorzugter Weise wird das Flugverhalten des abzuwehrenden Flugkörpers dadurch derart abgeändert, dass er zum Absturz gebracht wird. Diese Wirkung kann auch bei Düsen angewendet werden, da hierbei ebenfalls mechanisch auf das nichtnewtonsche Fluid eingewirkt wird.
Bevorzugter Weise wird ein dilatant wirkendes, nichtnewtonsche Fluid vorgeschlagen, um die Rotorbewegung der abzuwehrenden Flugkörper zu verlangsamen. Die Viskosität im Bereich der Rotoren nimmt bei mechanischer Einwirkung durch die Bewegung der Rotoren auf das nichtnewtonsche Fluid zu, wodurch sich die Rotoren langsamer drehen oder die Auftriebskräfte reduziert werden und somit der abzuwehrende Flugkörper abstürzt. Die Rotoren sind durch die hohe Viskosität des umgebenden Fluids in ihrer Bewegung behindert, wodurch die Drehzahl der Rotoren herabgesetzt wird.
Es ist aber ebenfalls möglich, ein nichtnewtonsches Fluid zu verwenden, bei dem die Viskosität bei mechanischer Beanspruchung abnimmt, zu verwenden, also strukturviskose bzw. scherverdünnende Fluide. Auch hierdurch kann das Flugverhalten der abzuwehrenden Flugkörper verändert werden. Bewegen sich die Rotoren nämlich in einem Umfeld, in welchem sie weniger Widerstand erhalten als durch die normale Luft, dreht sich der Rotor dieser Flugkörper schneller als in normaler Luft. Auch dies sorgt für ein instabiles Flugverhalten dieser Flugkörper und kann damit zur Abwehr führen.
Das vorgeschlagene nichtnewtonsche Fluid kann ein Gemisch aus Feststoff und Flüssigkeit sein. Es kann auch als Gemisch von Feststoff und Gas entstehen. Als Beispiel für einen dilatant wirkendes, nichtnewtonsche Fluid als Gemisch aus Feststoff und Flüssigkeit wird hierbei Wasser und Stärke angeführt. Ebenso sind Zinkverbindungen bekannt, dilatant zu wirken. Viele Dispersionen wirken dagegen strukturviskos.
Das nichtnewtonsche Fluid wird durch das Ausbringmittel im Zielgebiet ausgebracht. Dabei kann das Ausbringmittel als Werfer ausgeführt sein. In diesem Falle wird ein Wurfkörper vorgeschlagen, der das nichtnewtonsche Fluid enthält. Ein solcher Wurfkörper kann dann durch ein Ausbringmittel, welches als Werfer ausgeführt ist, in das Zielgebiet ausgeworfen werden. Der Wurfkörper enthält dann einen Zerlegersatz, welcher das nichtnewtonsche Fluid im Zielgebiet verteilt. Eine solche Ausbringung geschieht im Zielgebiet durch eine örtliche Verteilung des nichtnewtonschen Fluids.
Das Ausbringmittel kann weiterhin als Düse ausgeführt sein, welche kontinuierlich oder in festgelegten Intervallen das nichtnewtonsche Fluid im Zielgebiet ausbringt. Die Ausbringung des nichtnewtonschen Fluids im Zielgebiet durch eine Düse ist immer dann von Vorteil, wenn Bedrohungen in einem der Düse naheliegenden Gebiet abgewehrt werden sollen. Die Ausbringung durch einen Werfer empfiehlt sich bei einem weiter entfernt liegenden Gebiet.
Das nichtnewtonsche Fluid kann vorgemischt sein und durch das Ausbringmittel im Abwehrgebiet verteilt werden. In einer besonderen Ausführungsform wird jedoch das nichtnewtonsche Fluid erst im Zielgebiet gemischt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass bei Ausbringung keinerlei mechanischen Kräfte auf das nichtnewtonsche Fluide wirken, welche das Viskoseverhalten des nichtnewtonschen Fluids schon vor Kontakt mit den abzuwehrenden Flugkörpern beeinflussen können. Für diese Art der Ausbringung werden die Komponenten im Ausbringmittel getrennt voneinander ausgebracht.
Im Falle des Ausbringmittels als Düse ist diese geteilt, sodass die für das nichtnewtonscher Fluid verwendeten Materialien gleichzeitig ausgebracht werden, nämlich jede Komponente aus einem Teil der Düse. In der Luft wird durch die gleichzeitige Ausbringung das Fluid vermischt. Es entsteht die nichtnewtonsche Wirkweise des Fluids somit erst bei Vermischung in der Luft.
Wird das Ausbringmittel als Werfer ausgeführt, kann der Wurfkörper verschiedene Kammern aufweisen, in denen die einzelnen Komponenten des nichtnewtonschen Fluids untergebracht sind. Die Zerlegung der einzelnen Komponenten in den Kammern sorgt dann für die Verteilung und Vermischung in der Luft.
In beiden Fällen entsteht das nichtnewtonsche Fluid bei dieser Art der Ausbringung erst im Zielgebiet, und zwar dadurch, dass die Materialien in der Luft miteinander vermischt werden.
Um die Effektivität des vorgeschlagenen Abwehrsystems zu steigern, wird vorgeschlagen, das Abwehrsystem mit Sensoren auszustatten, welche abzuwehrende Flugkörper detektieren können. Solche Sensoren können bildgebende Sensoren sein, die durch eine nachgeschaltete Bildverarbeitung entsprechende Flugkörper erkennen können oder aber Bewegungssensoren, die auf Objekte einer bestimmten Größe reagieren. Zudem ist auch eine einfache Kamera als Sensor denkbar, wobei ein Beobachter dann nach Erkennung entsprechender Flugkörper das Abwehrsystem auslösen kann.
Falls kein Bediener vorgesehen ist, wird vorgeschlagen, dass das Abwehrsystem weiterhin eine Steuerung beinhaltet, welche nach Detektion von mindestens einem abzuwehrende Flugkörper das Ausbringmittel für das nichtnewtonsche Fluid selbstständig aktiviert. Das bedeutet, dass sobald eine Bedrohung durch entsprechende Flugkörper erkannt wurde, die Sensoren entsprechende Meldungen an die Steuerung weitergeben und diese dann die Ausbringmittel für das nichtnewtonsche Fluid aktivieren. Eine solche Aktivierung kann elektrisch oder pyrotechnisch geschehen, aber auch hydraulisch bzw. pneumatisch bei der Verwendung einer Düse.
In jedem Fall wird nach der Ausbringung des nichtnewtonschen Fluids dieses auf die Rotoren der abzuwehrenden Flugkörper einwirken. Durch die dilatante oder strukturviskose Wirkweise der nichtnewtonschen Fluide wird dabei die Drehung der Rotoren beeinflusst. Durch eine solche Beeinflussung wird das Flugverhalten des abzuwehrenden Flugkörpers instabil bis unvorhersagbar. Dadurch ist es möglich, Flugkörper mit Rotoren wirksam abzuwehren, insbesondere mehrere solcher Flugkörper gleichzeitig.
Das Abwehrsystem, wie es vorgeschlagen ist, wehrt somit Flugkörper in einem begrenzten Bereich ab, nämlich in dem Bereich, in dem das nichtnewtonsche Fluid ausgebracht ist. Alle Flugkörper mit Rotoren oder Düsen, welche sich in diesen Bereich bewegen, sind von der Abwehrfunktion betroffen.
Das nichtnewtonsche Fluid, wie es in dieser Erfindung vorgeschlagen wird, kann aufgrund seiner Zusammensetzung im Zielgebiet als Schaum oder Nebel wahrgenommen werden. Bevorzugt sind hierbei leichte Komponenten für das nichtnewtonsche Fluid zu verwenden, damit sich das Fluid lange im Zielgebiet in der Luft hält. Je schwerer die Komponenten des Fluides sind, desto eher fällt das Fluid zu Boden, wo es wirkungslos ist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Merkmale beschränkt. Vielmehr sind weitere Ausgestaltungen denkbar. So könnten beispielsweise winderzeugende Elemente vorgesehen sein, die das ausgebrachte nichtnewtonsche Fluid in einem gewissen Bereich lenken oder halten. Dadurch ist es möglich, die Wirkweise des Abwehrsystems zu verlängern. Es ist denkbar, das vorgeschlagene Abwehrsystem als Bodensystem vorzusehen, bei welchem die einzelnen Elemente des Abwehrsystems fest oder mobil am Boden angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, das vorgeschlagene Abwehrsystem an Bord eines Fahrzeugs oder Flugzeugs vorzusehen. Auch die Ausbringung von Drohnen ist denkbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015011058 A1 [0006]
DE 102015011579 A1 [0007]
DE 102015008296 A1 [0009]

Claims

Abwehrsystem gegen Flugkörper mit Rotoren oder Düsen, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwehrsystem mindestens ein nichtnewtonsches Fluid beinhaltet und dass das Abwehrsystem mindestens ein Ausbringmittel für das nichtnewtonsche Fluid umfasst.
Abwehrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtnewtonsche Fluid ein Gemisch aus Feststoff und Flüssigkeit oder Feststoff und Gas ist.
Abwehrsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbringungsmittel als Werfer ausgeführt ist.
Abwehrsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbringungsmittel als Düse ausgeführt ist.
Abwehrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtnewtonsche Fluid in mindestens einem Wurfkörper angeordnet ist.
Abwehrsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch des nichtnewtonschen Fluids erst bei Ausbringung entsteht.
Abwehrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtnewtonsche Fluid dilatant wirkt.
Abwehrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtnewtonsche Fluid Stärke und/oder Zink enthält.
Abwehrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwehrsystem Sensoren umfasst, welche Flugkörper mit Rotoren detektieren können.
Abwehrsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwehrsystem eine Steuerung beinhaltet, welche nach Detektion von Flugkörpern mit Rotoren das Ausbringungsmittel für das nichtnewtonsche Fluid aktiviert.