DE102022002227A1 - Projectile weapon with controlled projectile range - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Projektil-Waffe mit gesteuerter Projektil-Reichweite. Die Munition, z.B. ein Projektil wird durch Laserstrahlen gesprengt, die durch eine auf der Rückseite des Projektils eingebaute Linse oder Lichtfenster eindringen und drin im Projektil eine eingebaute Sprengladung zünden. Das Projektil wird radial von seiner Flug-Achse gesprengt. Damit kann die Reichweite kontrolliert und sehr genau bestimmt. Die Methode funktioniert sowohl bei großen Projektilen, als auch bei sehr kleinen Geschossen, wie bei Handwaffen der Fall ist. Praktisch kann man damit auch die Reichweite eines Projektils einer kleinen Pistole (7,62mm) steuern. Die Laserstrahlen werden von einem Laserstrahler, der in der Waffe eingebaut ist, das Projektil von hinten treffen, durch seine Linse eindringen und dort fokussiert auf die Sprengladung treffen. Augenblicklich wird die Sprengung des Projektils herbeigeführt und somit seine Reichweite begrenzt. Die Reichweiten-Steuerung erfolgt sehr genau und kann bis auf 10cm-Genauigkeit ausgeführt werden. The invention relates to a projectile weapon with controlled projectile range. The ammunition, eg a projectile, is detonated by laser beams which penetrate through a lens or light window built into the back of the projectile and ignite a built-in explosive charge inside the projectile. The projectile is detonated radially from its axis of flight. This allows the range to be checked and determined very precisely. The method works with both large projectiles and very small projectiles, as is the case with hand weapons. You can also use it to control the range of a projectile from a small pistol (7.62mm). The laser beams from a laser emitter built into the weapon will hit the projectile from behind, penetrate through its lens and hit the explosive charge there in a focused manner. The projectile is instantaneously detonated, limiting its range. The range control is very precise and can be carried out with an accuracy of up to 10 cm.
Description
Die Erfindung betrifft eine Projektil-Waffe mit gesteuerter Projektil-Reichweite, bei der mit Hilfe von Laserstrahlen, die aus der Waffe abgegeben werden, die Reichweite des Projektils genau bestimmt wird.The invention relates to a range-controlled projectile weapon in which the range of the projectile is precisely determined with the aid of laser beams emitted from the weapon.
Die Forschung aus der Militär-Industrie versucht stets Lösungen zu finden, die die Reichweite des Projektils betreffen. Mit präzisionsgelenkte Munition können durchaus auch die Reichweite der Munition mehr oder weniger gesteuert werden. Als präzisionsgelenkte Munition werden selbststeuernde Raketen, Flugkörper, Lenk-Bomben und lenkbare Artilleriegranaten bezeichnet, die nach dem Verlassen des Trägersystems beziehungsweise nach dem Abschuss ihre Fluglage beeinflussen können und eine gegenüber ungelenkter Munition größere Zielgenauigkeit erreichen können.Research from the military industry is always trying to find solutions that affect the range of the projectile. With precision-guided ammunition, the range of the ammunition can also be more or less controlled. Precision-guided munitions are self-guiding rockets, missiles, guided bombs and steerable artillery shells that can influence their flight attitude after leaving the carrier system or after being launched and can achieve greater targeting accuracy than unguided munitions.
Die Idee Geschosse oder Raketen zu lenken, wurde schon während des zweiten Weltkriegs umgesetzt. Es wurde damals schon erkannt, dass ein lenkbares Geschoss oder Rakete viel präziser eine Aktion ausführen kann, wobei mit weniger Sprengstoffmasse größerer Schaden angerichtet werden kann und auch die Kollateralschaden geringer sind.The idea of guiding projectiles or rockets was already implemented during the Second World War. It was already recognized at that time that a steerable projectile or rocket can carry out an action much more precisely, with less explosive mass being able to cause greater damage and also the collateral damage being lower.
Es gibt zahlreiche Lenk-Systeme, die eine Rakete oder ein Geschoss lenken können. Sowohl bei den Bomben, als auch Geschosse oder Raketen (z.B. Panzerabwehrraketen) werden z.B. funkgelenkte, drahtgelenkte, radargelenkte, optisch gelenkte, lasergelenkte, oder satellitengelenkte Waffen-Systeme eingesetzt.There are numerous guidance systems that can steer a rocket or projectile. For example, radio-controlled, wire-guided, radar-guided, optically-guided, laser-guided, or satellite-guided weapon systems are used for both bombs and projectiles or rockets (e.g. anti-tank missiles).
In einigen Fachbüchern über die Außenballistik sind die Grundlagen einer Drallstabilisierung und die Abgrenzung gegenüber einer Pfeilstabilisierung erklärt. Bei einer Drallstabilisierung liegt der Luftangriffspunkt bugseitig vor dem Schwerpunkt des Geschosses. Es werden aerodynamische Beiwerte genannt, wie ein Nickmomentanstiegs-Beiwert Cma (pitching moment derivative coefficient), welche die Flugbahn beeinflussen.In some specialist books on external ballistics, the basics of spin stabilization and the difference to arrow stabilization are explained. With spin stabilization, the air attack point is on the bow side in front of the projectile's center of gravity. There are called aerodynamic coefficients, such as a pitching moment derivative coefficient Cma, which affect the trajectory.
Ein Lenkgeschoss ist ein herkömmliches Geschoss hoher Nutzlast mit einem an der Nase des Lenkgeschosses eingeschraubten Präzisions-Lenkungs-Bausatz. Das Lenkgeschoss ist drallstabilisiert. Im Gegensatz zu einer Pfeilstabilisierung mit Leitflügeln am Heck, ist der Luftwiderstand bei drallstabilisierten Geschossen etwas geringer. Entsprechend weisen drall stabilisierte Geschosse eine höhere Reichweite auf. Jedoch sind drall stabilisierte Geschosse schwieriger zu lenken. Oft wird ein Präzisions-Lenkungs-Bausatz an der Nase des Geschosses mit eine Canard-Lenkeinrichtung und Canard-Lenkflügeln eingebaut. Die Canard-Lenkflügel sind die einzigen Flügel des Geschosses mit dem Präzisions-Lenkungs-Bausatz. Da die Canard-Lenkflügel feststehend sind und je nach Drehstellung im Raum ein feststehendes Lenkmoment erzeugt wird, erfolgt eine Lenkung über eine Steuerung der Drehwinkel oder Drehrate der rollentkoppelten Canard-Lenkeinrichtung mit Hilfe eines Elektromotors, Aerodynamische Beiwerte und somit beeinflussen die Flugbahn.A missile is a conventional, heavy payload missile with a precision guidance assembly screwed into the nose of the missile. The missile is spin stabilized. In contrast to an arrow stabilization with fins at the rear, the air resistance is somewhat lower with spin-stabilized projectiles. Correspondingly, spin-stabilized projectiles have a longer range. However, spin-stabilized projectiles are more difficult to direct. Often a precision guidance kit is fitted to the nose of the missile with a canard steering assembly and canard steering vanes. The canard fins are the only fins on the Precision Guidance Kit missile. Since the canard steering wings are fixed and a fixed steering torque is generated depending on the rotary position in space, steering is carried out by controlling the angle of rotation or rate of rotation of the roll-decoupled canard steering device with the help of an electric motor, aerodynamic coefficients and thus influencing the trajectory.
Es ist bekannt, dass die Projektile durch die Rillen, bzw. helixförmige Nute (Züge) am Waffen-Lauf-Rohr, zum Drehen in Längsachse nach dem Abschuss gebracht werden (Drall-Stabilisierte- Geschosse). Die Rotation des Projektils stellt die Lenkmöglichkeit vor einer großen Herausforderung und kann viele Lenk-Techniken zunichte machen.It is known that the projectiles are made to rotate in the longitudinal axis after firing through the grooves or helical grooves (lines) on the weapon barrel (spin stabilized projectiles). The rotation of the projectile poses a major challenge to steering and can defeat many steering techniques.
Die
Aus der
Aus
Weitere Geschosse, die in einer bestimmten Entfernung sich zerlegen, werden bei der
Es gibt noch einige weitere Veröffentlichungen, die ähnliche Vorrichtungen beschreiben und auch zahlreiche weitere Methoden, sich selbst zerlegbare Projektile zu gestalten. Viele davon sind allerdings nicht sehr effektiv. Dort werden zu viele störanfällige Elemente eingebaut. Einige der Projektile erhalten die Steuerbefehle durch Radiowellen, was einen Funk-Transmitter, Funk-Empfänger und eine Stromquelle im Projektil voraussetzt. Diese Funktransmissionen können leider durch den Feind gestört werden. Es gibt zahlreiche Funk-Störgeräte, die im Krieg eingesetzt werden können (z.B. spezielle intensive Breitband-EM-Strahler, Jammer, oder auch Mikrowellen-Geräte).There are a few other publications describing similar devices and also numerous other methods of designing self-decomposable projectiles. However, many of these are not very effective. Too many fault-prone elements are installed there. Some of the projectiles receive their control commands through radio waves, which requires a radio transmitter, radio receiver and a power source in the projectile. Unfortunately, these radio transmissions can be jammed by the enemy. There are numerous radio jamming devices that can be used in war (e.g. special intensive broadband EM emitters, jammers, or even microwave devices).
Die bisher beschriebene Vorrichtungen und Lösungen haben einen entscheidenden Nachteil: die Reichweite der Geschosse ist nur sehr ungenau regelbar oder die Genauigkeit stimmt, aber es werden elektronische Bauteile und eine Energie-Quelle in das Projektil selbst eingebaut.The devices and solutions described so far have a decisive disadvantage: the range of the projectiles can only be regulated very imprecisely or the accuracy is correct, but electronic components and an energy source are built into the projectile itself.
Es wäre vom großen Vorteil, wenn die Streitkräfte mit Waffen ausgestattet wären, bei denen die Projektil-Reichweite beliebig und sehr genau einstellbar wäre, wobei keine Energie-Quelle und keine elektronischen Bauteile im Projektil erforderlich sind.It would be of great advantage if the armed forces were equipped with weapons where the projectile range could be adjusted at will and very precisely, with no energy source and no electronic components being required in the projectile.
Der in den Patentansprüchen 1 bis 32 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektil-Waffe (oder ein Waffen-System) zu schaffen, die in der Lage ist, zuverlässig und vor allem sehr schnell, jederzeit die Reichweite der abgefeuerten Projektile zu bestimmen.The invention specified in
Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 32 aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is solved with the features listed in
Vorteile der Erfindung sind:
- - die Reichweite des Projektils kann jederzeit manuell oder automatisch von der Waffe aus gesteuert werden,
- - die Funktion der Reichweiten-Bestimmung ist schnell ansprechbar und dadurch optimal wirkungsvoll,
- - das Waffen-System ist robust und kaum anfällig für Störungen,
- - es kann nicht durch Störsender beeinflusst werden,
- - ist sowohl für Raketen, große Geschosse, als auch für kleinkalibrige Projektile geeignet.
- - the range of the projectile can be controlled manually or automatically from the weapon at any time,
- - the range determination function can be addressed quickly and is therefore optimally effective,
- - the weapon system is robust and hardly prone to malfunctions,
- - it cannot be influenced by jammers,
- - is suitable for rockets, large projectiles, as well as for small-caliber projectiles.
Weil die Waffe, bzw. das Waffen-System hier keine Funkwellen oder keine Radiowellen für die Befehl-Übermittlung zwischen der Waffe und dem Geschoss / der Rakete verwendet, sind Funkwellen-Störsender oder auch die sogenannten Jammer vollkommen wirkungslos. Auch kann die Reichweiten-Steuerung des Projektils so gut wie gar nicht vom feindlichen Kräften beeinflusst werden.Because the weapon or weapon system does not use radio waves or radio waves to transmit commands between the weapon and the projectile/rocket, radio wave jammers or so-called jammers are completely ineffective. Also, the projectile's range control is virtually unaffected by enemy forces.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
Es zeigen:
-
1 ein Projektil mit einer Linse (oder einem Lichtfenster), die am Heck des Projektils eingebaut ist, -
2 vereinfachte Variante, mit einem Projektil mit einer (oder mehreren) Kammer, die mit Sprengstoff oder Treibladung oder Treibstoff gefüllt ist, und Chronometer-Steuerung -
3 ein leicht schwenkbarer Laserstrahler an der Waffe eingebaut, -
4 das Fenster am Heck des Projektils mit einer Röhrchen-Struktur als Blende, -
5 ein Laserstrahler, der die Linse oder das Lichtfenster am Heck des Projektils trifft, -
6 die Fern-Zündung eines starken Sprengsatzes drin im Projektil, -
7 eine Erfassungs-Methode des Abfeuerns durch schnell ansprechbare Erschütterungssensoren, Schallsensoren, IR-Sensoren, -
8 ein Geschoss oder Projektil, das mit mehreren Fenstern ausgestattet ist, sowie Schubkraft-Brems-Düsen, -
9 den Einbau des Laserstrahlers in einem Kugel-Gelenk, Schwungscheibe und einem Nachführ-System, -
10 eine Brems-Funktion für das Projektil, die durch kleine Mengen an Schießpulver, Treibmittel, Treibladung oder Raketen-Treibstoff in das Projektil in eine oder mehrere Kammern eingebaut, ausführbar ist, -
11 eine Ausführung mit einer im Projektil eingebauten Energie-Quelle und elektronische Elemente. -
12 eine Waffe, bei der das Projektil sich aufbläht.
-
1 a projectile with a lens (or light window) built into the tail of the projectile, -
2 simplified variant, with a projectile with one (or more) chambers filled with explosives or propellant or fuel, and chronometer control -
3 an easily swiveling laser emitter built into the weapon, -
4 the window at the rear of the projectile with a tubular structure as an aperture, -
5 a laser emitter hitting the lens or light window at the tail of the projectile, -
6 the remote detonation of a powerful explosive device inside the projectile, -
7 a detection method of firing by rapidly responding shock sensors, sonic sensors, IR sensors, -
8th a shell or projectile equipped with multiple windows and thrust-braking nozzles, -
9 the installation of the laser emitter in a ball joint, flywheel and a tracking system, -
10 a braking function for the projectile, executable by small amounts of gunpowder, propellant, propellant or rocket fuel incorporated into the projectile in one or more chambers, -
11 a version with an energy source and electronic elements built into the projectile. -
12 a weapon in which the projectile expands.
Die Reichweite des Projektils zu bestimmen war immer ein Traum der Ingenieure der Militär-Technologie. Mit der Erfindung kann das realisiert werden. Das Projektil wird hier bei der Erfindung nicht durch Radiowellen / Funkwellen, oder Drahtseil oder durch Lasermarkierung zu einem angepeilten Ziel und Elektronikbauteile in dem Projektil gesteuert, sondern die Reichweite wird von der Waffe aus, durch Laserstrahlen in Echtzeit reguliert.Determining the range of the projectile has always been a dream of military technology engineers. This can be realized with the invention. In the invention, the projectile is not guided by radio waves/radio waves, or wire rope or by laser marking to a targeted target and electronic components in the projectile, but the range is regulated from the weapon by laser beams in real time.
Selbstverständlich, es geht nicht darum die Reichweite zu vergrößern, weil das mit dieser Methode auch nicht machbar ist, aber vielmehr darum, den Projektil-Flug in einer bestimmten Distanz möglichst abrupt zu beenden. Die hier beschriebene Begrenzung der Reichweite des Projektils, wird auf direktem Weg durch Einwirkung von Laserstrahlen am Projektil erreicht. Im Projektil 1 befinden sich keine elektronische Bauteile und auch keine Energie-Quelle, sondern eine Linse 2 am Heck 3 des Projektils und eine Kammer 4, die mit einem Sprengstoff 5 (mit oder ohne Initialzünder 6) gefüllt ist, der durch Laserstrahlen 7 von der Waffe 8 aus, gezündet wird. Die Laserleistung wird so gewählt, dass die Laserstrahlen beim Treffen auf Sprengstoff, den innerhalb von Millisekunden zum Explosion bringen. Dafür reicht ein Laserstrahler 9 z.B. in Form einer Laserdiode 10 mit einer Laser-Leistung von 100W aus, um den Sprengstoff drin im Projektil in einer Entfernung bis 1000m zu zünden. Die Effektivität der Laserzündung hängt von der Linsen-Größe am Heck des Projektils ab. Ebenso die Laserstrahlendichte beim Eintreffen auf das Projektil ist entscheidend. Um möglichst mit einer hohen Strahlendichte auf das Projektil zu treffen, kann ein Tracking-System 11 in die Waffe eingebaut werden, das das abgegebene Projektil in Echtzeit erfasst und anhand der Projektil-Position die Laserdiode genau auf das Projektil dynamisch richtet. Für solche Zwecke wird am Projektil auf der Heckseite ein kleiner Reflektor oder Spiegel 12 in Form eines Ringes eingebaut, den eine Kamera 13 oder ein Laser-Sensor stets „im Auge“ behält. Das Tracking-System wird durch die Laserdioden-Steuerung 14 und einem Aktuator 15 eine Bewegung der Laserdiode in die richtige Position in Echtzeit bewirken. Somit trifft die Laserdiode genau auf dem Projektil, wenn der Zeitpunkt kommt. Der Zündzeitpunkt des Sprengsatzes im Geschoss wird dadurch sehr genau gesteuert. Vorteile gegenüber herkömmliche Lasergelenkte-Munition ist, dass damit auch die Reichweite von ganz kleinen Projektilen (z.B. von Handfeuerwaffen) steuerbar ist. Zu erwähnen ist, dass bei einer Laserleistung der Laserdiode mit 100W, kann auch in ca. 1000m, ein ca. 1 m breiter Laserstrahlenkegel genug Energie liefern, um den Sprengstoff 5 oder einen Initialzünder 6 in dem Projektil 1 zu zünden, weil die Linse 2 im Heck des Projektils den Laserstrahl ziemlich stark zu einem Brennpunkt 16 auf dem Sprengstoff bündelt. Hinzu kommt, dass, der Laserimpuls so kurz ist, dass keine Überhitzung der Laserdiode 10 stattfindet. Somit, es müssen keine sehr leistungsstarke Laserdioden oder aufwändige Kühl-Systeme in die Waffe eingebaut werden. Auch mit schwächeren Laserdioden kann eine deutlich höhere Leistung erzielt werden, vorausgesetzt, diese werden nur sehr kurz (ein paar Millisekunden) eingeschaltet. Während im Dauerbetrieb eine 10W-lnfrarot-Laserdiode, effektiv und durch aufwändige Kühl-Systeme ca. 8 - 10 W Laserleistung erbringt, kann die gleiche Laserdiode im Impulsbetrieb bei einem einzigen Impuls mit einer Dauer von 5 ms auch ohne Kühlsystem ca. 50 bis 100W Laserleistung erzeugen. Zwar nicht alle Laserdioden von jedem Hersteller können das, aber einige Hersteller produzieren solche.Of course, it's not about increasing the range, because with this method is also not feasible, but rather about ending the projectile flight as abruptly as possible at a certain distance. The limitation of the range of the projectile described here is achieved directly by the effect of laser beams on the projectile. In the projectile 1 there are no electronic components and no energy source, but a
Es können mehrere Laserdioden (z.B. drei Stück mit je 30W) in die Waffe eingebaut werden, die gemeinsam und gleichzeitig je einen Laserstrahl abgeben, die auf das Projektil gerichtet sind.Several laser diodes (e.g. three pieces with 30W each) can be installed in the weapon, which together and simultaneously emit a laser beam that is aimed at the projectile.
Im Vergleich zu „normalem“ Licht besitzt das Licht eines Lasers einige besondere Eigenschaften. Das Licht eines üblichen Lasers ist monochromatisch, also das Licht des Lasers beinhaltet nur eine Lichtfarbe und die Photonen in einem Laserstrahl schwingen mit der gleichen Frequenz. Der Laserstrahl ist linear polarisiert. Der elektrische Feldvektor schwingt in einer festen Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, wobei der der magnetische Feldvektor senkrecht dazu angeordnet ist. Ein Laserstrahl aus einem hochwertigen Laserstrahler zeichnet sich durch eine extrem geringe Divergenz aus. Ein Laserbündel von einem hochwertigen Laserstrahler, welches nur einige Millimeter Durchmesser besitzt, wird nach einer Sekunde bzw. in eine Entfernung von 300.000 km lediglich einen Durchmesser von einigen Metern haben. Günstigere Laserdioden liefern auch gute Ergebnisse. Zwar kann deren Laserstrahl-Projektion nach nur 1000m ca. 10 bis 100cm breit werden, ist aber mit einer guten Linseneinstellung dennoch kleiner zu halten. Der Laserstrahl ist sehr gut zu bündeln, daher können hohe Leistungsdichten im Fokus erreicht werden. Die Photonen in einem Laserstrahl sind untereinander phasensynchron. Ein Laserstrahler kann sehr hohe Leistung liefern. Im Dauerbetrieb sind inzwischen Laserstrahler vorhanden, die in der Größenordnung von mehreren 100kW Leistung liefern. Im Impulsbetrieb werden sogar Leistungen in der Größenordnung von 10GW erreicht (werden meist für wissenschaftliche Zwecke in Kernfusions-Technologie eingesetzt). Mit neuen Techniken lassen sich zeitlich extrem kurze Impulse erzeugen, die nur einige Femtosekunden dauern.Compared to "normal" light, the light from a laser has some special properties. The light from a conventional laser is monochromatic, i.e. the light from the laser contains only one color of light and the photons in a laser beam oscillate at the same frequency. The laser beam is linearly polarized. The electric field vector oscillates in a fixed plane perpendicular to the direction of propagation, with the magnetic field vector oriented perpendicular to it. A laser beam from a high-quality laser emitter is characterized by extremely low divergence. A laser beam from a high-quality laser emitter, which is only a few millimeters in diameter, will only have a diameter of a few meters after one second or at a distance of 300,000 km. Cheaper laser diodes also deliver good results. Although their laser beam projection can be approx. 10 to 100cm wide after only 1000m, it can still be kept smaller with a good lens setting. The laser beam can be bundled very well, so high power densities can be achieved in the focus. The photons in a laser beam are in phase with each other. A laser emitter can deliver very high power. In the meantime, laser emitters are available in continuous operation, which deliver power in the order of magnitude of several 100kW. In impulse mode, power in the range of 10GW can even be achieved (usually used for scientific purposes in nuclear fusion technology). With new techniques, extremely short pulses can be generated that last only a few femtoseconds.
Die Erfindung verwendet Laserstrahlen auch für die Bestimmung der Reichweite des Projektils. Auf der Waffe ist verhältnismäßig ein relativ leistungsstarker, kompakter Laserstrahler in Form einer Laserdiode 10 eingebaut. Die Laserdiode mit einer Laser-Leistung von z.B. 8 - 100 W, sowie die Waffe auch, wird auf das Ziel gerichtet, aber noch nicht aktiviert oder nur mit sehr geringer Leistung eingeschaltet. Das Anvisieren des Ziels kann wie bei herkömmlichen Methoden mit einem Lasermarkierer oder durch die gleiche leistungsstarke Laserdiode, die mit einer Steuerung 14, die sie beim Anpeilen des Ziels mit niedriger Leistung steuert, erreicht werden. Bevor man auf das Ziel schießt, wird ein Laserpunkt 17 mit schwacher Leistung (ca. 0,08 - 0,5W-Laserleistung) erzeugt, der auf das Ziel gerichtet werden kann. Unmittelbar danach wird ein Distanz-Mess-Sensor-System die Distanz bis zum Ziel ermitteln und diese Information an die Laserdioden-Steuerung und dem Waffenbenutzer leiten. Bevor man das Projektil abfeuert, sollte mit Hilfe eines Reglers 18 bestimmt, was mit dem Projektil passieren soll. Ist zum Beispiel erwünscht, dass das Projektil nach Zurücklegen von 235 m sich selbst zerstört, kann man mit dem Regler (mechanischer Regler / Trimmpoti), oder durch einem kleinem Touchdisplay 19 für digitale Metereingabe der Entfernung des Projektils von der Waffe) diese Distanz einstellen. Sobald das Projektil abgefeuert wird, wird die Distanz zwischen der Waffe und dem Projektil in Echtzeit durch eine bestimmte Laser-Abtastungsrate, ermittelt. Das Projektil ist mit einem kleinen Reflektor-Ring (oder Ring-Spiegel) 20 hinten ausgestattet, der den auf ihn treffenden Laserstrahl, zum Teil in Waffen-Richtung auf einem Licht-Sensor oder Bildsensor 21 dort zurückwirft. Die Sensor-Abtastung erfolgt z.B. alle 100 Mikrosekunden durch zahlreiche, sehr kurze Laserstrahl-Impulse aus der Laserdiode, was eine sehr hoher Genauigkeit bedeutet. Während der Zeit zwischen zwei Abtastungen legt das Projektil nur ca.7 - 10cm zurück. Der Laserstrahlen-Impuls trifft das Projektil und kehrt zum Teil wieder zu dem Sensor 21 auf der Waffe zurück. Anhand der Laserstrahlen-Intensität, die auf dem Sensor eintrifft, oder durch Interferenz des zurückreflektierten Laserstrahls mit einem Referenz-Laserstrahl, kann die Entfernung des Projektils relativ genau ermittelt werden. Für die Bestimmung der Entfernung zwischen Projektil und Waffe kann auch eine Mikrowellen-Diode (Gunndiode) 22 verwendet werden, wobei in dem Fall die Distanzermittlung durch Mikrowellen (z.B. Doppler-Effekt) erfolgt. Sobald die in unserem Beispiel angestrebten 235m durch das Projektil zurückgelegt werden, wird innerhalb Mikrosekunden die Leistung der Laserdiode bis auf Maximalen Wert oder einige dutzende Watt kurzzeitig erhöht und das Projektil damit hinten auf seine Linse 2 ein paar Millisekunden lang getroffen. Das Projektil weist eine Kammer 4 auf, in der eine Sprengstoffmasse 5 sich befindet. Die Sprengstoffmasse, kann zwar so dimensioniert, dass sie das Ziel auch zerstören kann, allerdings die Menge davon kann auch so gewählt werden, dass sie keine Zerstörung des Ziels bewirkt, sondern lediglich das Projektil zerstört, um einen Weiterflug zu unterbinden. Es reicht ein Gramm davon aus, um ein Handfeuerwaffen-Projektil von innen zu sprengen. Im Körper des Projektils sind Sollbruchstellen 23 eingebaut, die bei der Explosion des Sprengstoffs das Projektil leichter zerstören. Allerdings sind die Sollbruchstellen so eingebaut, dass sie beim Aufprall des Projektils auf einem weichen Ziel, solange der Sprengstoff in dem Projektil drin nicht gezündet wird, die Kompaktheit des Projektils gewährleisten. Das kann durch entlang des Projektils angeordnete, linienförmige Sollbruchstellen, die am Heck des Projektils beginnen und einige Millimeter vor der Projektil-Spitze 24 enden. Das Projektil wird radial zu seiner Flug-Achse 25 gesprengt.The invention also uses laser beams to determine the range of the projectile. A relatively powerful, compact laser emitter in the form of a laser diode 10 is built into the weapon. The laser diode with a laser power of eg 8 - 100 W, as well as the weapon, is aimed at the target, but not yet activated or only switched on with very little power. Sighting of the target can be accomplished with a laser marker as in conventional methods, or by the same powerful laser diode coupled with a
Das Projektil weist hinten eine kleine optische Linse 2 mit einem Lichtfilter 26 auf, die den drauf einfallenden Laserstrahl unmittelbar (z.B. ein paar mm) dahinter im Inneren des Projektils auf einem Brennpunkt 16 fokussiert (
Die Laserdiode kann mit etwas höherer Leistung betrieben werden, als sie für einen Einsatz im Dauerbetrieb gebaut ist. Die Impulse sind sehr kurz und eine solche, kurze Überlastung würde sie nicht schaden.The laser diode can be operated with a slightly higher power than it is built for use in continuous operation. The pulses are very short and such a brief overload would not damage them.
Die Laserdiode kann sichtbare (z.B. Blau, Grün, Gelb, Rot) oder unsichtbare Laserstrahlen emittieren. Dafür können z. B. auch Infrarot- oder UV-Laserdioden 27 geeignet sein.The laser diode can emit visible (e.g. blue, green, yellow, red) or invisible laser beams. For this z. B. also infrared or UV laser diodes 27 may be suitable.
Anstatt von dem Distanz-Mess-Sensor-Systems kann das Waffen-System mit einem elektronischen Chronometer 28 ausgestattet werden, der mit der Laserdioden-Steuerung gekoppelt ist (
Bei kleinere Waffen, die nicht fest an eine Halterung eingebaut sind, kann der Rückstoß beim Abfeuern, die Laserstrahlenrichtung soweit verschieben oder schwenken, dass die Laserstrahlen das Projektil nicht mehr treffen. Aus diesem Grund kann an der Befestigungsstelle der Laserdiode ein Gehäuse 32 mit einer schnell um einer vertikalen Achse 33 drehenden, kleinen Schwungscheibe 34 eingebaut werden, die über ein Gelenk (oder Kugelgelenk) 35 mit der Waffe gekoppelt ist (
Das Projektil kann auch mit einer Masse gefüllt, die durch die Einwirkung von Laserstrahlen-Energie zu einem Art Schaumstoffball 39 schnell quillt oder aufbläht / „expandiert“ und damit eine Bremsung des Projektils erreicht wird. Der Schaumstoffball sprengt das kleine Projektil an den Sollbruchstellen von Innen aus und wird ca. 8 - 12 cm groß, wodurch der Luftwiderstand abrupt erhöht und dadurch sehr schnell gebremst wird. In dem Fall könnte das Projektil komplett aus einer solchen Masse bestehen, die in Projektil-Form gepresst ist, die aber durch Laserstrahleneinwirkung aufgebläht wird und die Form eines Tennisballs annimmt (
Um Störfaktoren auszuschließen, bzw. Lichtstrahlen aus der Umgebung oder fremde Laserstrahlen, die schräg von hinten kommen könnten und im Heck des Projektils durch die Linse eindringen könnten, sollte die Linse in dem Projektil etwas vertieft eingebaut sein, sodass sie nicht von einer anderen Laserquelle erreicht wird, sondern ausschließlich durch die Laserstrahlen aus der Waffe, aus der das Projektil abgefeuert wurde. Die Projektil-Bahn ist zwar ballistisch geformt, aber bei hohen Projektil-Geschwindigkeiten und nicht sehr großen Distanzen (z.B. weniger als 1000m) sind die Abweichungen von einer geraden Linie nicht sehr gross. Durch Verwendung von IR-Laserdioden als Laserstrahler in die Waffe und Linsen mit Licht-Filter, die vorwiegend die IR-Laserstrahlen durchlassen, können die Außen-Störfaktoren weitgehend ausgeschlossen. Der Laserstrahl kann mit einer beliebigen Wellenlänge ausgewählt werden (in sichtbaren oder auch unsichtbaren Wellenbereich, wie z.B. UV- oder IR-Laserstrahl). Die Linse am Projektil, in der der Laserstrahl zum Teil eindringen soll, kann mit einem dementsprechenden Laserfilter versehen werden, der nur die Laserstrahlen des Laserstrahlers aus der Waffe durchlässt. Somit wäre eine Fehlsteuerung durch Umgebungs-Licht ausgeschlossen.In order to exclude interfering factors, i.e. light rays from the environment or foreign laser beams that could come from behind and penetrate through the lens in the rear of the projectile, the lens should be built into the projectile slightly recessed so that it cannot be reached by another laser source but only by the laser beams from the weapon from which the projectile was fired. The projectile trajectory is formed ballistically, but at high projectile speeds and not very long distances (eg less than 1000m) the deviations from a straight line are not very large. By using IR laser diodes as laser emitters in the weapon and lenses with light filters, which primarily allow the IR laser beams to pass through, external interference can be largely ruled out. The laser beam can be selected with any wavelength (in the visible or invisible wavelength range, such as UV or IR laser beam). The lens on the projectile, into which the laser beam is supposed to partially penetrate, can be provided with a corresponding laser filter, which only lets through the laser beams of the laser emitter from the weapon. In this way, incorrect control due to ambient light would be excluded.
Mehrere Laserdioden in die Waffe einzubauen, die in verschiedene Laserstrahl-Farben strahlen, kann vorteilhaft sein, weil damit mehrere Funktionen gesteuert werden können. Die Projektil-Entfernung während seines Flugs und seine visuelle Erfassung, seine Geschwindigkeit sowie die Entfernung der Waffe von dem Ziel, sind Parameter, die durch verschiedene Lasern ermittelt werden kann.Incorporating multiple laser diodes into the weapon that emit different colors of laser beams can be beneficial because it allows multiple functions to be controlled. The projectile distance during its flight and its visual detection, its speed, as well as the weapon's distance from the target are parameters that can be determined by different lasers.
Die Anpeilung und der Zündvorgang im Projektil läuft folgendermaßen: Vor dem Abschuss wird eine kleine Laserdiode (Zielmarkierer) 41 mit einem Laserstrahl von der Waffe aus, wie bei üblichen Waffen, das Ziel anpeilen. Eine weitere, deutlich leistungsstärkere Laserdiode 10, die für die Zündung des Sprengstoffs in dem Projektil geeignet ist, wird ebenso aktiviert, aber durch einen Leistungsregler 18 oder Laserdioden-Steuerung 14 wird diese nur mit einer sehr geringen Leistung auf das Projektil 1 zielen. Der schwache Laserstrahl trifft das Projektil von Hinten und wird teilweise durch seinen Ring-Spiegel 20 zurückreflektiert. Die reflektierten Laserstrahlen treffen auf einem Bildsensor 42 (oder Lasersensor), und werden für die Entfernung- und Position-Bestimmung des Projektils auf seiner ballistischen Flugbahn benutzt. Daraufhin werden Neigungs-Korrekturen auf die Laserdioden-Strahlrichtung durch den Aktuator 15, mit dem die Laserdiode gekoppelt ist, so ausgeführt, dass der schwache Laserstrahl stets das Projektil trifft. Der durch den Ring-Spiegel des Projektils, zurückreflektierter Laserstrahl wird auch für die DistanzErmittlung zwischen der Waffe dem immer weiter fliegenden Projektil in Echtzeit benutzt. Erreicht das Projektil eine vorgesehen und in dem Waffen-System programmierte / eingestellte Distanz, wird die Leistung der leistungsstarken Laserdiode auf volle Leistung für ein paar Millisekunden erhöht. Das Projektil wird dabei mit einem sehr starken Laserstrahlen-Impuls getroffen und die Linse am Projektil-Heck, fokussiert die Laserstrahlen auf einem Initial-Zünder oder direkt auf die Sprengladung 5 in dem Projektil. Weil der Fokuspunkt 16 der Linse sehr klein ist, ist die Laserstrahlen-Dichte dort sehr hoch und gleichzeitig die Hitzeentwicklung sehr stark. Das kann innerhalb von einigen Millisekunden die Zündung des Sprengstoffs in dem Projektil einleiten. Das Projektil wird daraufhin an seine Sollbruchstellen gesprengt und seine Bestandteile fliegen radial von der Projektil-Längsachse 25 weg. Die Projektil-Explosion kann mit einer sehr hohen Genauigkeit bewirkt werden (+ / - 10cm). Damit wäre der Flug des Projektils beendet und die Reichweite begrenzt. Bei der Verwendung von unsichtbar emittierenden Laserdioden (UV- oder IR-Laserdioden), könnten die zurückreflektierten Laserstrahlen für das Auge unsichtbar bleiben, aber für die elektrischen Lasererfassungs-Elemente oder Sensoren sind die Laserstrahlen dennoch sichtbar und gut zu erfassen. Zudem kann man das Heck des Projektils mit einer Lichtkonverter-Beschichtung versehen, die die IR-Laserstrahlen in sichtbares Licht umwandelt und durch den Ring-Spiegel zurückreflektiert. Die Ausführungs-Varianten sind dabei sehr umfangreich und werden hier nicht weiter erläutert, weil diese dann in Ermessen des Herstellers liegen würden.The aiming and ignition process in the projectile is as follows: Before firing, a small laser diode (target marker) 41 with a laser beam from the weapon, as with conventional weapons, aims at the target. Another, significantly more powerful laser diode 10, which is suitable for detonating the explosive in the projectile, is also activated, but by means of a
Man kann auf die Waffe auch nur eine leistungsstarke Laserdiode einbauen, die alle drei Funktionen übernimmt, die mit verschiedenen Leistungen zu unterschiedlichen, passenden Zeitpunkten gesteuert wird. Hierfür werden statt mehreren Laserdioden, Lichtablenkelemente eingebaut, die den Laserstrahl in mehrere Laserstrahlen abzweigen. Ein Strahlen-Zweig peilt das Ziel an, der zweite Laserstrahlen-Zweig trifft das Projektil von hinten, um die Distanz und seine Position während des ballistischen Flugs in Echtzeit zu ermitteln. Erreicht das Projektil die vorbestimmte Distanz, wird das Projektil mit voller Laserleistung getroffen und seine Sprengung herbeigeführt.It is also possible to install only one powerful laser diode on the weapon, which takes over all three functions, which is controlled with different powers at different, suitable times. For this purpose, instead of several laser diodes, light deflection elements are installed, which branch off the laser beam into several laser beams. One branch of beams aims at the target, the second branch of laser beams hits the projectile from behind to determine the distance and its position in real time during ballistic flight. If the projectile reaches the predetermined distance, the projectile is hit with full laser power and its detonation is caused.
Die Linse am Heck des Projektils dürfte natürlich sehr stabil gebaut werden, weil sie auch sehr hohe Krafteinwirkungen aushalten muss. Sie kann aus einem Material bestehen, das abhängig von dem Lichteinfall einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweist. Solche optische Material-Eigenschaften zeigt z.B. Granat.The lens at the rear of the projectile should of course be built very stably, because it also has to withstand very high forces. It can consist of a material that has a different refractive index depending on the incidence of light. Garnet, for example, shows such optical material properties.
Nicht nur Projektile, sondern auch Bomben, Raketen, Granaten, etc. können mit dieser Methode gesteuert zu Zündung gebracht werden (
Das Projektil kann am Heck auch mit einer kleinen Blende 49 oder kleine Röhrchen 50 ausgestattet, die nur das Licht, das parallel (oder nahezu parallel) zu der Längsachse des Projektils kommt, eindringen kann (
Diese Methode mit der begrenzten Reichweite funktioniert bei nahezu alle Projektil-Größen. Die Erfindung ist nicht nur auf die Begrenzung der Projektil-Reichweite beschränkt. Sie kann auch große Mengen des Sprengstoffs, der z.B. in eine Granate steckt, zu Explosion bringen, während diese aus einem Granatenwerfer beschleunigt wird und zum Ziel fliegt. Voraussetzung dafür ist, dass die Granaten-Projektile mit Lichtfenster oder Linse hinten ausgestattet sind. Solche Projektile bräuchten keine andere Zündsysteme (auch keine Aufprall-Zünder). Bei Panzergranaten kann das System eine Explosion der Granate z.B. erst nachdem sie eine Mauer durch ihre kinetische Energie durchbohrt hat, deren Explosion per Laserstrahl einleiten. Auch eine Zerstörung von ungepanzerten Fahrzeugen kann damit bewirkt werden, was bei herkömmlichen Projektilen in der Regel scheitern würde, aufgrund der „weichen“ Karosserie der ungepanzerten Fahrzeuge. Die Panzergranate 48 kann mit Hilfe der Laserstrahlen in beliebige, sehr genaue definierten Entfernung, während sie fliegt, gesprengt werden. Ob eine Zündung des Sprengstoffs drin in der Granate, einige cm vor dem Zieltreffen, oder z.B. 9,70m, oder 0,70m davor erwünscht ist, kann alles ziemlich genau gesteuert werden. Ein optimaler Zündzeitpunkt kann bei gepanzerten Fahrzeugen die Durchschlagskraft des Sprengsatzes optimieren. Die Erfindung, die hier beschrieben wurde, kann in verschiedene Waffen-Systeme auch in Marine- oder Luftwaffen-Bereich eingesetzt werden. This limited-range method works with almost any projectile size. The invention is not only limited to the limitation of the projectile range. It can also detonate large amounts of explosives, e.g. in a grenade, while it is being accelerated from a grenade launcher and flying to the target. The prerequisite for this is that the grenade projectiles are equipped with a light window or lens at the back. Such projectiles would not need any other fuze systems (including impact fuzes). In the case of tank shells, the system can, for example, initiate the explosion of the shell with a laser beam only after it has pierced a wall with its kinetic energy. It can also be used to destroy unarmored vehicles, which would usually fail with conventional projectiles due to the "soft" body of unarmored vehicles. The
Kampf-Flugzeuge / Hubschrauber oder Schiffe können damit ausgestattet werden. Die Erfindung ist nicht nur für echte Kampfeinsätze, sondern auch für Militär-Übungen mit Übungsmunition bestens geeignet. Vorteilhaft ist hier auch die vergleichsweise geringe Laserstrahlenenergie, die notwendig ist, um die Zündung einzuleiten. Insbesondere bei den Varianten mit dem Tracking-System, reicht eine relativ schwache Laserdiode aus, um die Zündung zu bewirken. Die Zündung wird zudem durch die kumulative Linse am Heck des Projektils enorm begünstigt. Bei einer Panzergranate, die mit einer 60mm Linse am Heck ausgestattet ist, wird ein Brennpunkt (1mm2) erzeugt, der eine Hitze von einigen tausenden °C auf die Sprengladung überträgt, was eine extrem schnelle Zündung bewirkt. Der Laserstrahler, der hier auf einem Panzer-Fahrzeug eingebaut wird, kann z.B. 100 - 500W-Laserleistung generieren, die auf das Projektil gerichtet ist. Allerdings es wird nur ein sehr kurzer Laserpuls zum bestimmten Zeitpunkt generiert (ca. 10 - 100ms), der wie ein Blitz auf das Projektil trifft und es zum Explosion bringt. Weil der Laserstrahler außerhalb des Waffen- / Kanonen-Laufs sich befindet, trifft er das Projektil frühestens, erst nachdem das Projektil schon einige dutzende Meter im Flug zurückgelegt hat, was die Sicherheit erhöht. Dadurch kann eine mögliche Fehlzündung durch die Laserstrahlen in der Nähe des gepanzerten Fahrzeugs ausgeschlossen werden. Die Lichtfilter oder die Polarisationsfilter in die Linse des Projektils schließen eine Fehl-Zündung durch feindliche Kräfte aus. Zudem kann das Projektil zu Zündung gebracht werden, nur wenn die Laserstrahlen aus dem Blickwinkel des Schützen bzw. der abfeuernden Waffe kommen.Combat aircraft / helicopters or ships can be equipped with it. The invention is not only suitable for real combat missions, but also for military exercises with training ammunition. The comparatively low energy of the laser beam, which is necessary to initiate the ignition, is also advantageous here. In the variants with the tracking system in particular, a relatively weak laser diode is sufficient to trigger the ignition. Ignition is also greatly aided by the cumulative lens at the rear of the projectile. A tank shell equipped with a 60mm lens at the rear creates a focal point (1mm 2 ) that transfers a few thousand °C of heat to the explosive charge, resulting in an extremely fast ignition. The laser emitter, which is installed here on a tank vehicle, can generate, for example, 100 - 500W laser power, which is aimed at the projectile. However, only a very short laser pulse is generated at a specific point in time (approx. 10 - 100ms), which hits the projectile like lightning and causes it to explode. Because the laser emitter is outside of the gun/cannon barrel, it hits the projectile only after the projectile has already traveled several tens of meters in flight, which increases safety. This eliminates the possibility of a misfire from the laser beams in the vicinity of the armored vehicle. The light filters or polarizing filters in the projectile's lens preclude misfire by enemy forces. In addition, the projectile can be ignited only when the laser beams come out of the gunner's or the firing weapon's point of view.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Projektilprojectile
- 22
- Linselens
- 33
- Heck des Projektilstail of the projectile
- 44
- Kammerchamber
- 55
- Sprengstoffexplosive
- 66
- Initialzünderprimer
- 77
- Laserstrahlenlaser beams
- 88th
- Waffeweapon
- 99
- Laserstrahlerlaser emitter
- 1010
- Laserdiodelaser diode
- 1111
- Tracking-Systemtracking system
- 1212
- Reflektor / Spiegelreflector / mirror
- 1313
- Kameracamera
- 1414
- Laserdioden-SteuerungLaser diode control
- 1515
- Aktuatoractuator
- 1616
- Brennpunktfocus
- 1717
- Laserpunktlaser point
- 1818
- Reglercontroller
- 1919
- Touchdisplaytouch display
- 2020
- Reflektor-Ring / Ring-SpiegelReflector ring / ring mirror
- 2121
- Licht-Sensor / BildsensorLight sensor / image sensor
- 2222
- Mikrowellen-Diode / GunndiodeMicrowave diode / Gunn diode
- 2323
- Sollbruchstellenpredetermined breaking points
- 2424
- Projektil-Spitzeprojectile tip
- 2525
- Flug-Achse / Projektil-LängsachseFlight axis / projectile longitudinal axis
- 2626
- Lichtfilterlight filter
- 2727
- Infrarot- oder UV-LaserdiodeInfrared or UV laser diode
- 2828
- Chronometerchronometer
- 2929
- Schallsensor oder ErschütterungssensorSound sensor or shock sensor
- 3030
- IR-SensorIR sensor
- 3131
- Waffenlauf-Einmündunggun barrel junction
- 3232
- GehäuseHousing
- 3333
- Vertikalen Achsevertical axis
- 3434
- Schwungscheibeflywheel
- 3535
- Gelenk (oder Kugelgelenk)joint (or ball joint)
- 3636
- Elektromagnetelectromagnet
- 3737
- Waffenabzuggun trigger
- 3838
- Waffen-Laufgun barrel
- 3939
- Schaumstoffballfoam ball
- 4040
- Zündstoff-Kugelincendiary bullet
- 4141
- Laserdiode / ZielmarkiererLaser diode / target marker
- 4242
- Bildsensor / LasersensorImage sensor / laser sensor
- 4343
- Energiequelleenergy source
- 4444
- Lichtsensor im ProjektilLight sensor in the projectile
- 4545
- Elektronischer Verstärker / Halbleiter-SchalterElectronic amplifier / semiconductor switch
- 4646
- Heizelementheating element
- 4747
- Zusätzliche durchsichtige ScheibeAdditional clear pane
- 4848
- Panzergranatentank shells
- 4949
- Blendecover
- 5050
- Röhrchentube
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 7963442 B2 [0008]US 7963442 B2 [0008]
- DE 102008007435 B4 [0009]DE 102008007435 B4 [0009]
- DE 60021822 T2 [0010]DE 60021822 T2 [0010]
- DE 102015117003 A1 [0011]DE 102015117003 A1 [0011]
- DE 102005030263 [0012]DE 102005030263 [0012]
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- DE 4335938 [0013]DE 4335938 [0013]
- WO 2017060109 A1 [0014]WO 2017060109 A1 [0014]
Claims (32)
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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---|---|
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