DE19740888C2

DE19740888C2 - Verfahren zum autonomen Lenken eines drallstabilisierten Artilleriegeschosses und autonom gelenktes Artilleriegeschoß zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19740888C2
Application number: DE19740888A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Seidel; Frank Guischard
Original assignee: Rheinmetall W&M GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2017-09-18
Also published as: GB9819475D0; GB2329455B; FR2768500B1; GB2329455A; US6135387A; DE19740888A1; FR2768500A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum autonomen Lenken eines drallstabilisierten Artilleriegeschosses auf ein stationäres oder bewegliches Ziel. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein auto nom gelenktes drallstabilisiertes Artilleriegeschoß zur Durchfüh rung des Verfahrens.

Autonom gelenkte Artilleriegeschosse werden z. B. in dem Artikel von P. Runge "Intelligente Munition" in: Jahrbuch der Wehrtechnik, Folge 16, Seiten 202-211, Bernard & Graefe Verlag 1986, beschrie ben.

Bei derartigen Geschossen handelt es sich in der Regel um relativ aufwendig aufgebaute Munitionskonzepte, die bei Annäherung an ein Zielgebiet das jeweilige Ziel selbständig aus seiner Umgebung her ausfinden, es durch entsprechende Korrektur seiner Flugbahn ver folgen und dann direkt treffen soll. Die Flugbahnkorrektur kann durch Mikro-Reaktionstriebwerke oder aerodynamische Stellungssys teme erfolgen.

Nachteilig ist bei den bekannten Geschossen unter anderem, daß sie eine kostenintensive Sensorik (Suchkopf) benötigen.

Aus der DE 44 01 315 A1 ist ein Verfahren zur Flugbahnkorrektur von ungelenkten flügelstabilisierten Raketen bekannt. Hierzu werden vor Abschuß der Rakete die vorher ermittelten Ziel- und Steuerdaten, die den Flugverlauf der Rakete zum Ziel zunächst festlegen, in eine elektronische Steuervorrichtung der Rakete übertragen. Nach Abschuß der Rakete werden dann die tatsächlichen Lagedaten der Rakete mit Hilfe mindestens eines in der Rakete angeordneten Satellitennavigationsempfängers (GPS-Empfängersystem) gemessen und mit Hilfe der elektronischen Steuervorrichtung ent sprechende Korrektursignale ermittelt. Die Durchführung der Flug bahnkorrektur erfolgt anschließend unter Berücksichtigung der Rollwinkellage der jeweiligen Rakete mit Hilfe einer Impulssteue rung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren anzugeben, mit dem es möglich ist, daß ein autonomes drall stabilisiertes Artilleriegeschoß sehr genau auch noch auf große Entfernungen (d. h. in Entfernungen ≧ 35 km) ein Ziel trifft. Fer ner soll ein Artilleriegeschoß zur Durchführung des Verfahrens offenbart werden.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Geschosses durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.

Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, bei der Ermittlung der für die zur Lenkung benötigten Informationen auf eine aufwendige Sensorik, wie z. B. Suchkopf, vollständig zu verzichten. Vielmehr werden vor Abschuß des Geschosses auf dieses die vorher ermittelten Zieldaten übertragen und nach Abschuß des Geschosses diese Daten mit den mittels eines Satellitennavigationsempfängers detektierten Lagedaten des Geschosses ständig oder in vorgebbaren Zeitabständen verglichen. Die sich auf diesem Vergleich ergebenden Korrekturdaten werden dann zur Lenkung des Geschosses herangezogen. Hierzu wird das Geschoß kurz vor Erreichen der Lenkphase von dem drallstabilisierten in einen flügelstabilisierten Flugzustand überführt, wobei dann eine aerodynamische Lenkung des Geschosses mittels bugseitig an dem Geschoß angeordneter ausklappbarer Drehflügel erfolgt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 den Flugverlauf eines beispielsweise aus einer Panzerhaubitze verschossenen erfindungsgemäßen Artilleriegeschosses;

Fig. 2 den Längsschnitt des in Fig. 1 angedeuteten Artilleriegeschosses während des drallstabilisierten Flugzustandes;

Fig. 3 die Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Artilleriegeschosses während des flügelstabilisierten Flugzustandes;

Fig. 4 den Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Geschosses mit integriertem Submunitionsgeschoß und

Fig. 5 den Fig. 1 entsprechenden Flugverlauf des in Fig. 4 dargestellten Artilleriegeschosses.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Panzerhaubitze und mit 2 ein aus der Haubitze verschossenes drallstabilisiertes Artilleriegeschoß, welches zu unterschiedlichen Zeitpunkten dargestellt ist, bezeichnet. Das Geschoß 2 weist eine elektronische Steuervorrichtung mit Speicher auf, in welche vor oder nach dem Laden des Geschosses in die entsprechende Waffe 3 der Haubitze 1 die Daten für die Zielposition und für die Steuerung des Geschosses, beispielsweise mittels eines induktiven Datenübertragungssystems, übertragen werden.

Nach dem Abschuß des Geschosses 2 fliegt dieses zunächst bis zu einer vorgegebenen und in Fig. 1 mit I bezeichneten Entfernung auf einer ballistischen Flugbahn. Dabei wird mit Hilfe eines in dem Geschoß angeordneten Satellitennavigations-Empfängersystems (GPS-Empfängersystem) sowie weiterer Sensoren ständig die Position, die Geschwindigkeit und die Rollage des Geschosses bestimmt. In Fig. 1 sind die zur Navigation benötigten GPS-Satelliten mit dem Bezugszeichen 4 versehen, wobei die Satellitenanzahl variabel ist.

Wird - wie in Fig. 1 angedeutet - ein Geschoß 2 mit Base-Bleed-Einheit 5 zur Bodensogreduzierung verwendet, so werden nach Erreichen der Entfernung I während einer Zwischenphase II die nicht verbrannten Teile der Base-Bleed-Einheit 5 von dem Geschoß abgesprengt.

Um nun das Geschoß 2 von dem drallstabilisierten in einen flügelstabilisierten Flugzustand zu überführen, wird ebenfalls noch während der Zwischenphase II zunächst zur Geschwindigkeitsverminderung des Geschosses ein Bremsfallschirm 6 geöffnet (Abbremsung der Geschoßgeschwindigkeit auf ca. 200 m/s), der nach der Abbremsung des Geschosses gekappt wird, und eine aus beispielsweise drei Flügeln 7 bestehende Drallbremse 8 geöffnet (Abbremsung des Dralls auf eine Rollrate < 10 Hz) und in der geöffneten Stellung arretiert. Ist die Rollrate des Geschosses < 10 Hz, so bewirken die Drallbremsflügel 7 im Sinne von Auftriebsflächen eine Geschoßstabilisierung, die die Drallstabilisierung ablöst.

Die zur Lenkung des Geschosses 2 benötigten (beispielsweise vier) Drehflügel 9 werden aus dem vor dem Massenschwerpunkt 10 des Geschosses 2 liegenden Geschoßbereich herausgeklappt (vgl. auch Fig. 3), und es erfolgt während der in Fig. 1 mit III bezeichneten Lenkphase die Lenkung des Geschosses 2.

Die Zündung des Geschosses 2 kann schließlich beispielsweise im Falle eines Vollkaliber- Sprenggeschosses durch einen Aufschlagzünder 11 eingeleitet werden, sobald dieser auf das entsprechende Ziel 12 auftrifft.

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Geschosses 2 mit einer heckseitig angeordneten Base-Bleed-Einheit 5 dargestellt. Das Geschoß 2 weist eine Geschoßhülle 13 mit ogivenförmigem Vorderteil 14 auf. In ihrem mittleren zylindrischen Bereich 15 umfaßt die Geschoßhülle 13 einen großvolumigen Nutzungsraum, in dem beispielsweise eine Sprengladung 16 angeordnet ist. Der heckseitige Bereich 17 der Sprengladung 16 wird von den drei ausklappbaren Flügeln 7 der Drallbremse 8 umgeben, die wiederum von einer zylindrischen Verlängerung der Base-Bleed-Einheit umgeben ist. Mehrere Stifte 18, 19 übernehmen die Anbindung des Heckteiles an die Geschoßhülle. Zwischen der Base-Bleed-Einheit 5 und der Sprengladung 16 ist der Bremsfallschirm 6 angeordnet.

Im Bereich des ogivenförmigen Vorderteiles der Geschoßhülle 13 sind die an Stellmotoren 20 schwenkbar befestigten Drehflügel 9 angeordnet, die durch entsprechende Öffnungen 21 der Geschoßhülle 13 nach außen schwenkbar sind. Außerdem befinden sich innerhalb des ogivenförmigen Vorderteiles 14 der Geschoßhülle 13 die elektronische Steuervorrichtung 22 mit dem GPS-Empfängersystem 23 und eine Stromquelle 24 zur Stromversorgung der Stellmotoren 20, der Steuervorrichtung 22 sowie weiterer elektronischer Komponenten.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das in den Fig. 1-3 dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann das Artilleriegeschoß anstatt als Vollkaliber-Sprenggeschoß auch als Trägergeschoß für ein Submunitionsgeschoß ausgebildet sein. Der Vorteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß das Submunitionsgeschoß nach der Lenkphase des Trägergeschosses mit hoher Geschwindigkeit aus diesem auf das Ziel verschossen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige in der Lenkphase befindliche Geschoßanordnung sowie den Fig. 1 entsprechenden Flugverlauf dieser Geschoßanordnung zeigen die Fig. 4 und 5. Dabei sind das Trägergeschoß mit 25 und das Submunitionsgeschoß mit 26 bezeichnet. Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, ist das Submunitionsgeschoß 26 von einem Raketenantrieb 27 umgeben, welcher bei Zündung eine Nachbeschleunigung (z. B. von 200 m/s auf < 400 m/s) des Submunitionsgeschosses bewirkt (vgl. auch Fig. 5). Andere Nutzlasten sind ebenso denkbar wie z. B. Suchzündersubmunition, Bomblets u. a..

Bezugszeichenliste

1

Panzerhaubitze

2

Artilleriegeschoß, Geschoß

3

Waffe

4

Satellit

5

Base-Bleed-Einheit

6

Bremsfallschirm

7

Flügel, Drallbremsflügel

8

Drallbremse

9

Drehflügel

10

Massenschwerpunkt

11

Aufschlagzünder

12

Ziel

13

Geschoßhülle

14

ogivenförmiges Vorderteil

15

mittlerer Bereich (Geschoßhülle)

16

Sprengladung

17

heckseitiger Bereich (Sprengladung)

18

,

19

Stifte

20

Stellmotoren

21

Öffnungen

22

elektronische Steuervorrichtung

23

Satellitennavigations-Empfängersystem,
Sensor
GPS-Empfängersystem

24

Stromquelle

25

Artilleriegeschoß, Geschoß, Trägergeschoß

26

Submunitionsgeschoß

27

Raketenantrieb

Claims

1. Verfahren zum autonomen Lenken eines drallstabilisierten Artilleriegeschosses (2; 25) auf ein stationäres oder bewegliches Ziel (12) mit den Merkmalen:

a) Vor Abschuß des Geschosses (2; 25) werden vorher ermittelte Ziel- und Steuerdaten, die den Flugverlauf des Geschosses zum Ziel zunächst festlegen, in eine elektronische Steuervorrichtung (22) des Geschosses (2; 25) übertragen,
b) nach Abschuß des Geschosses (2; 25) werden die tatsächlichen Lagedaten des Geschosses mit Hilfe mindestens eines in dem Geschoß angeordneten Satellitennavigationsempfängers (GPS-Empfängersystem) (23) gemessen und mittels der elektronischen Steuervorrichtung (22) zur Gewinnung von Korrekturwerten ein Soll-/Ist Vergleich zwischen den gemessenen Lagedaten und den vor Abschuß auf die Steuervorrichtung (22) übertragenen Daten durchgeführt;
c) zur Durchführung der Lenkung des Geschosses (2; 25) wird sowohl die Geschwindigkeit des Geschosses sowie der Drall des Geschosses mittels ausklappbarer Drallbremsflügel reduziert, derart, daß das Geschoß (2; 25) von einem drallstabilisierten in einen flügelstabilisierten Flugzustand unter Verwendung der arretierten Drallbremsflügel als Auftriebsfläche übergeht und
d) die aus dem Soll-/Ist-Vergleich gewonnen Korrekturwerte werden in entsprechende Signalwerte transformiert, welche eine aerodynamische Lenkung des Geschosses (2; 25) mittels aus dem Geschoß herausklappbarer und dann verschwenkbarer Drehflügel bewirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung der Geschwindigkeit des Geschosses (2; 25) mit Hilfe eines Bremsfallschirmes (6) vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkung des Geschosses erst durchgeführt wird, wenn die Geschwindigkeit des Geschosses ≦ 200 m/s ist und die Rollrate einen Wert < 10 Hz aufweist.

4. Autonom gelenktes drallstabilisiertes Artilleriegeschoß (2; 25) mit den Merkmalen:

a) an dem Artilleriegeschoß (2; 25) sind heckseitig ein ausstoßbarer Bremsfallschirm (6) und eine aus mehreren ausklappbaren Flügeln (7) bestehende Drallbremse (8) angeordnet;
b) zur Lenkung des Geschosses (2; 25) weist dieses in dem vorderen vor dem Massenschwerpunkt (10) liegenden Bereich des Geschosses mehrere über den Umfang verteilte und mittels Stellmotoren (20) verschwenkbare und in das Geschoß einklappbare Drehflügel (9) auf;
c) das Artilleriegeschoß (2; 25) umfaßt eine elektronische Steuervorrichtung (22), die aus den vor Abschuß des Geschosses (2; 25) auf dieses übertragenen Zieldaten und den während des Fluges mittels entsprechender Sensoren (23) ermittelter Lagedaten des Geschosses Flugbahnkorrekturdaten sowie die jeweilige Rollage des Geschosses bestimmt und hieraus Steuerdaten für die Stellmotoren (20) in der Lenkphase (III) ermittelt und an diese zur Lenkung des Geschosses (2; 25) nach Abbremsung und Entdrallung des Geschosses (2; 25) sowie nach Ausklappen der Drehflügel (9) weitergibt und
d) als Sensor (23) zur Ermittlung der Flugbahnkorrekturdaten und der Rollage des Geschosses (2; 25) ist in diesem mindestens ein Satellitennavigationsempfängersystem angeordnet.

5. Artilleriegeschoß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß heckseitig mit einer absprengbaren Base-Bleed-Einheit (5) versehen ist.

6. Artilleriegeschoß nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehflügel (9) im ogivenförmigen Vorderteil (14) des Geschosses (2; 25) angeordnet sind.

7. Artilleriegeschoß nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß (25) als Trägergeschoß für eine unterkalibrige Submunition (26) ausgebildet ist.

8. Artilleriegeschoß nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß (25) als Trägergeschoß für eine unterkalibrige Submunition (26) ausgebildet ist, welches nach dem Lenkvorgang aus dem oder mit dem Trägergeschoß (25) in Richtung auf das Ziel (12) beschleunigbar ist.

9. Artilleriegeschoß nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallbremsflügel (7) nach dem Entdrallungsvorgang arretiert sind und Auftriebsflächen bilden.