DE3524925A1 - Verfahren zum ansteuern eines zieles - Google Patents
Verfahren zum ansteuern eines zielesInfo
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- F42B10/60—Steering arrangements
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des An
spruches 1.
Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 36 95 555 für ein endphasen
lenkbares Artillerieprojektil oder aus der GB-PS 1 605 007 für ein
Projektil in der Bauform eines zielsuchenden Torpedos bekannt. Ins
besondere bezieht die Erfindung sich aber auf endphasenlenkbare
Projektile, wie sie aus DEFENSE ELECTRONICS, Heft Juni 1984, Seite
102, als Submunition bekannt sind.
Steuerungstechnisch einfachste Verhältnisse für die Manövrierbarkeit
eines solchen Projektils ergeben sich, wenn einem gekreuzten Paar
von Heck-Steuerrudern ein ebenso gekreuztes Paar von gegenüber den
Ruderflächen wesentlich größeren Gleitflügeln zugeordnet ist. Da
der Abschuß bzw. Start der Projektile aus konstruktiven Gründen
nicht mit ausgefahrenen Rudern und Gleitflächen erfolgen kann, anderer
seits eine Kaliberbegrenzung für die Auslegung des Projektils und
der Raumbedarf für den Gefechtskopf und die Zielsuchsteuerungsein
richtungen nicht den notwendigen Raum für das Einklappen großer
Gleitflügel verfügbar machen, während die wünschenswerte große aero
dynamische Gleitflugleistung mit nur kleinen Gleitflügeln nicht
erreichbar ist, muß man sich bei Projektilen der für vorliegende
Erfindung bevorzugt in Betracht gezogenen Art mit horizontalen Gleit
flügeln begnügen.
Wie unten anhand der Fig. 1 näher erläutert, ist wegen Fehlens vertikal
orientierter Gleitflächen die Manövrierbarkeit in Gier-Richtung
(also in seitlicher Verschwenkung der Projektil-Längsachse) aus
einer aktuell gegebenen Fluglage heraus überaus beschränkt. Zur
Ansteuerung eines seitlich abliegenden Zieles ist deshalb eine Ver
schwenkung des Auftriebsvektors aus der Vertikalen in Richtung auf
das seitlichvoraus abliegende Ziel erforderlich, was eine entsprechend
starke Rollbewegung des Projektils um seine Längsachse bedingt.
Weil ein solches Projektil aber keinen strömungsdynamisch symmetrischen
Körper darstellt, hat jede Veränderung der Roll-Lage Rückwirkungen
auf andere aerodynamische Einflüsse und somit unerwünschte Rück
wirkungen auf das Flugverhalten. Diese Rückwirkungen sind nicht
linear, und besonders stark bei großen Rollwinkeln; was überaus
großen Regelungsaufwand für die Ansteuerung der einzelnen flugkritischen
Komponenten bedingt, um ein vorgegebenes Manöver flugstabil durch
führen zu können. Beim Übergang aus rascher Gleitflugbewegung in
eine steile Abstiegsbahn zur Ansteuerung eines akquirierten Zieles
sind aber besonders harte Kursmanöver erforderlich, die leicht aus
dem stabilen Flugverhalten herausführen können; so daß die Projektil
bewegung der Steuerung dann nicht mehr gehorcht und das Ziel verfehlt
werden kann.
In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, das gattungsgemäße Ansteuerungsverfahren derart abzuwandeln,
daß sich auch bei Vorhandensein nur eines horizontalen Gleitflächen
paares am Projektil harte Giermanöver zur raschen Zielansteuerung
durchführen lassen, ohne Gefahr zu laufen, daß das Flugverhalten
dadurch instabil wird, das Projektil sich also nicht mehr oder jeden
falls nicht mehr im wünschenswerten Zeitverhalten ins Ziel einsteuern
läßt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gattungsgemäßer Art im wesent
lichen dadurch gelöst, daß die Maßnahmen gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruches 1 getroffen werden; d.h. die resultierende aero
dynamische Flügelkraft wird im Sinne einer Minimierung des Rollwinkels
in die Gier-Zielrichtung verschwenkt.
Diese Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß die seitliche Zielan
steuerung aus der Such-Gleitflugbahn heraus ohnehin mit einer Abstiegs
bewegung verbunden ist; daß es also nicht unbedingt erforderlich
ist, den aufwärtsgerichteten Vektor des während der Gleitflugbahn
gegebenen Auftriebs auch noch bei der Querneigungs-Giersteuerung
beizubehalten. Stattdessen wird durch entsprechend gegensinnige
Ansteuerung der horizontalen Heckruder die Gleitflächen-Anströmung
so umgelenkt, daß sich ein aerodynamischer Abtrieb auf das Projektil
auswirkt. Die dann noch erforderliche Querneigung (Rollbewegung)
zur Giereinsteuerung der Flugrichtung auf das anzuvisierende Ziel
ist klein, insbesondere sehr viel kleiner als beim Verschwenken
eines beibehaltenen Auftriebsvektors. Damit sind trotz harter Gier
manöver nur geringe Rollwinkel erforderlich; und da geringere Roll
winkel nur sehr geringe Rückwirkungen auf das Flug- und Steuerungsver
halten des Projektiles haben, ist dessen Manövrierung weniger kritisch,
ist also der Aufwand für die erforderlichen Regelungs- und Steuerungs
einrichtungen eines auch in der Endphase des Abstieges manövrierbaren
Projektils wesentlich geringer. Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen
Lösung ist darüberhinaus, daß der Übergang aus der Gleitflugbahn
in die Abstiegsbahn infolge Übergang von Auftrieb auf Abtrieb sehr
viel steiler einsetzen kann. Das ist insbesondere bei großer horizontaler
Annäherungsgeschwindigkeit an das Ziel von Bedeutung, um nicht über
die Position des Zieles hinauszufliegen und dieses deshalb zu ver
fehlen, wenn keine harten Wendemanöver möglich sind.
Andererseits erfolgt ein Übergang von Auftrieb auf Abtrieb nicht
oder nur verzögert, wird also jedenfalls zunächst der Auftrieb beibe
halten, wenn entweder das anzusteuernde Ziel ohnehin schon fast
voraus, also unter nur geringem Gierwinkel, ausgemacht wurde oder
aber wenn, bei zu frühem Umschalten auf Abtrieb, die Gefahr besteht,
daß die nun durchsackende Flugbahn nicht mehr zur Überbrückung eines
noch großen Zielabstandes ausreicht.
Auch wenn das Ziel bei großem momentan gegebenem Abstand Fluchtbe
wegungen ausführt, kann es zweckmäßig sein, trotz Zielauffassung
zunächst noch den Auftrieb, also die Gleitbahn beizubehalten, bis
der Abstand für optimalen Übergang in eine steile Abstiegsbahn hin
reichend verringert ist. Die entsprechenden Umsteuerungs-Kriterien
lassen sich ohne weiteres aus den Informationen wie Zielabstand
und Sichtlinienneigung bzw. Sichtliniendrehwinkelgeschwindigkeit
ableiten, die ohnehin vom Suchkopf bzw. von der ihm nachgeschalteten
Steuerungseinrichtung für die Kollisionskurs- Steuerung (Proportional
navigation in der Endflugphase) an Bord des Projektils gewonnen
und ausgewertet werden.
Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen
und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammen
fassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter
Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht ganz
maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels in
Ausübung der erfindungsgemäßen Maßnahmen.
Es zeigt:
Fig. 1 in Seitenansicht ein gleitfähiges und steuerbares
Projektil mit auf die Horizontalebene beschränkten
Gleitflächen
Fig. 2 in rückwärtiger Ansicht ein Projektil gemäß Fig. 1
bei der Ansteuerung eines seitlich voraus aufgefaßten
Zieles, unter Darstellung des Rollvorganges für
das Einschwenken in die seitliche Ablagerichtung
für den Fall konventioneller Auftriebssteuerung
und für den Fall erfindungsgemäßer Abtriebssteuerung,
und
Fig. 3 eine Vertikalebene durch die Gleitflugbahn des
Projektils und die Position des von ihm akquirierten
Zieles.
Das in Fig. 1 in Seitenansicht skizzierte Projektil 1 ist mit ge
kreuzten, also paarweise horizontal und vertikal orientierten Steuer
rudern 2, 3 und mit einem Paar nur horizontal sich erstreckender,
im Querschnitt angenähert symmetrischer Gleitflächen 4 ausgestattet.
Aus einer gegensinnigen Anstellung z.B. der horizontalen Steuerruder 2
resultiert eine Rollbewegung 5 um die Projektil-Längsachse 6. Gleich
sinnige Anstellkomponenten der Horizontal-Ruder 2 in die in Fig. 1
voll ausgezogen dargestellte Richtung bewirken eine Anströmung 7
der Gleitflächen 4, aus der ein Auftrieb 8 des Projektils 1, der
zum Erdmittelpunkt hin gerichteten Schwerkraft entgegen, resultiert;
und bei der es sich somit um die normale Betriebsweise für einen
etwa parallel zum Zielgebiet 15 orientierten Gleitflug des Projektils
1 handelt. Dagegen führt eine Anstellung beider horizontaler Ruder
2 in die in Fig. 1 gestrichelt angedeute Winkelrichtung zu einer
Anströmung 7′ der Gleitflächen 4, woraus ein Abtrieb 9 des Projektils
1, also eine aerodynamische Unterstützung der Bewegungskomponente
in Richtung der Erdanziehung und damit ein steiles Eintauchen aus
einer Gleitbahn 18 in eine Sturz-Abstiegsbahn 19 (Fig. 3) resultiert.
Über die Anstellung der horizontalen Steuerruder 2 ist also eine
Nickbewegung 10 des Projektils 1 um die Querachse 11 durch seinen
Schwerpunkt 12 steuerbar.
Für starke Gierbewegungen 13 um die Schwerpunkts-Hochachse 14 reicht
die relativ kleine Fläche der vertikalen Steuerruder 3 und die aus
der seitlichen Anblasung des schmalen Rumpfes des Projektils 1
resultierende Querkraft nicht aus, da diese nicht aerodynamisch
durch gleich orientierte Anströmungsflächen (also durch Flügel quer
zu den Horizontalflächen 4) unterstützt werden.
Für Kursänderungen (Gierbewegungen 13) ist es deshalb - wie als
solches aus der konventionellen Flugzeug-Steuerung bekannt - erforder
lich, das Projektil 1 mittels der Ruder 2 in eine Querneigung zu
rollen, also eine Rollbewegung 5 durchzuführen, bis die Horizontal
flächen 4 auch hinreichende Neigungskomponenten in vertikaler Richtung
aufweisen; dann führt die Anströmung 7, also der nun entsprechend
seitlich geneigte Vektor des Auftriebes 8, zu einem im wesentlichen
wieder über die Horizontalruder 2 gesteuerten Kurvenflug; bis die
Längsachse 6 die neue Flugrichtung eingenommen hat und die Roll
bewegung 5 deshalb wieder bis in die normale Horizontallage rück
gängig gemacht werden kann.
Diesem konventionellen Manöver einer Querneigung zur Durchführung
größerer seitlicher Kursänderungen entspricht die Darstellungsfolge
in Fig. 2 oben. Im in Fig. 2 oben links dargestellten Zeitpunkt
(dem die Darstellung in Fig. 3 entspricht) faßt das in rückwärtiger
Ansicht skizzierte Projektil 1 aus seiner momentanen Gleitbahn 18
heraus über dem Zielgebiet 15 mittels seines verschwenkbaren Such
kopfes 16 (Fig. 1) seitlich voraus ein zu bekämpfendes Ziel 17 auf.
Während zur Ansteuerung des Zieles 17 die Nickbewegung 10 in der
Horizontalebene (gemäß Darstellung in Fig. 1) durch die Ansteuerung
der Horizontalruder 2 erfolgt - vorzugsweise im Interesse möglichst
steilen Zielanfluges mit verzögerter Nickbewegung 10, wie im einzelnen
in der GB-OS 21 34 632 der Anmelderin näher dargestellt -, bedarf
bei konventionellem Querneigungs-Manöver die seitliche Kurskorrektur
gemäß oberer Darstellung in Fig. 2 einer faßt 180° betragenden Roll
bewegung 5; um nämlich im Zuge des Zielanfluges den auf der Gleitbahn
18 noch senkrecht nach oben gerichteten Vektor des Auftriebs 8 in
Richtung auf das anzusteuernde Ziel 17 zu verschwenken, wie durch
den Pfeil für den verschwenkten Auftrieb 8′ in Fig. 2 rechts hinten
(jenseits der Ebene der Darstellung des Projektils 1 links oben)
angedeutet.
Wenn dagegen zur Zielansteuerung die Horizontalruder 2 auf Abtrieb
9 umgestellt werden, wie bei der unteren Manöverdarstellung in Fig. 2
zum Ausdruck gebracht, bedarf es für die Gierbewegung aus der momentanen
Gleitbahn 18 heraus einer gegensinnigen Querneigung, also einer
gegensinnigen Rollbewegung 5′ des Projektils 1. Da nun die maßgebliche
Beschleunigungskomponente für die Annäherung an das Ziel 17, nämlich
der Abtrieb 9, bereits die zutreffende Orientierung aufweist, ist
der für die Endphasenlenkung erforderliche Gegen-Rollwinkel 5′ -
wie sich auch aus der symbolischen Darstellung in Fig. 2 ergibt -
zwangsläufig wesentlich geringer, als der Rollwinkel 5 bei der kon
ventionellen Querneigung unter Beibehaltung des Auftriebes 8. Der
verringerte erforderliche Winkel der Rollbewegung 5′ bedeutet aber,
wie einleitend erwähnt, ein besseres Manövrierverhalten des Projektils
1 und damit einen besser beherrschbaren und doch auch rascheren
Übergang aus der Gleitbahn 18 in die Abstiegsbahn 19; was insbesondere
dann wichtig ist, wenn der horizontale Zielabstand 20 (quer zur
Darstellebene der Fig. 2; vgl. Fig. 3) bei Zielauffassung und Um
steuerung auf Abtrieb 9 nur noch relativ gering ist, also aus hoher
Gleitfluggeschwindigkeit des Projektils 1 heraus harte Giermanöver
zur Änderung der Flugrichtung auf das Ziel 17 hin erforderlich werden.
Andererseits ist es zweckmäßig, bei Zielauffassung jedenfalls zunächst
noch die Anstellung der Horizontalruder 2 für Auftrieb 8 beizube
halten (also in der vom Suchkopf 16 geführten Steuerungseinrichtung 21
für die Anstellung der Horizontalruder 2 noch nicht gleich auf Ab
triebs-Querneigung umzuschalten), wenn der Zielabstand 20 noch sehr
groß ist bzw. sich aufgrund einer Fluchtbewegung 22 des Zieles 17
nicht oder jedenfalls nur relativ wenig verringert. Denn in diesen
Fällen ist für eine später möglichst steile (munitionstechnisch
also möglichst wirksame) Abstiegsbahn 19 zunächst noch eine Fort
setzung des raschen Gleitfluges in der Bahn 18, zur Verringerung
des Zielabstandes 20, wünschenswert.
Die Flugkörper-Bewegung längs der Gleitbahn 18 bedarf aber zur Kompen
sation der Erdanziehung eines aerodynamischen Auftriebes 8. Das
Projektil 1 würde also aus einer anfänglichen Gleitbahn 18 durchsacken
und das Ziel 17 nur im flachen Anflug oder gar nicht mehr erreichen
können, wenn - trotz gegebener Zielauffassung mittels des Suchkopfes
16 - der horizontale Abstand 20 für den gewünschten Verlauf der
unter Abtrieb 9 einzuschlagenden Abstiegsbahn 19 noch zu groß ist.
Desgleichen ist eine Umsteuerung auf Abtrieb 9 nicht, bzw. erst
in der allerletzten Phase der Abtiegsbahn 19 - also stark verzögert
-, erforderlich, wenn das aufgefaßte Ziel 17 (gemäß Fig. 3) nahezu
in der Vertikalebene durch die momentane Gleitbahn 18 liegt, also
nur eine geringe Gier-Kurskorrektur und dementsprechend nur eine
geringe Rollbewegung 5 bei beibehaltener vektorieller Richtung des
Auftriebes 8 erforderlich ist.
Claims (4)
1. Verfahren zum Ansteuern eines seitlich voraus ausgemachten Zieles
aus der Gleitflugbahn eines, mit einem Suchkopf, mit Steuerrudern
und mit horizontalen Gleitflächen ausgestatteten, Projektiles
heraus unter Durchführung einer Rollbewegung für das Giermanöver,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Übergang aus der Gleitflugbahn in eine Giermanöver-Ab
stiegsbahn die Steuerruder von Auftrieb auf Abtrieb umgestellt
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umstellung auf Abtrieb nur bzw. erst erfolgt, wenn der
Zielablage-Gierwinkel unter Abtrieb einen betragsmäßig jedenfalls
nicht wesentlich größeren, gegensinnigen, Rollwinkel für das
Giermanöver bedingt, als unter Beibehaltung des Gleitflug-Auf
triebs.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umstellung auf Abtrieb nur bzw. erst erfolgt, wenn ein
vorgebbarer horizontaler Zielabstand unterschritten ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umstellung auf Abtrieb nur bzw. erst erfolgt, wenn ein
vorgebbarer vertikaler Zielabstand noch nicht unterschritten
ist.
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