DE3924087C1

DE3924087C1 - Tandem-Gefechtskopf zur Bekämpfung aktiver Ziele

Info

Publication number: DE3924087C1
Application number: DE3924087A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Tripptrap; Joerg Peters; Torsten Niemeyer; Herbert Dipl Phys Dr Scholles
Original assignee: Rheinmetall Industrie AG
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2009-07-21
Also published as: GB2517656B; FR2746495B1; FR2746495A1; GB9013672D0; GB2517656A; US5744746A

Description

Die Erfindung betrifft einen Tandem-Gefechtskopf wie er durch die Merkmale des Gattungsbegriffes des Anspruchs 1 definiert ist.

Tandem-Gefechtsköpfe der vorstehend erwähnten Art sind beispielsweise aus der DE 36 19 791 bekannt. Ein derar tiger Gefechtskopf besteht aus zwei Ladungen. Die erste Ladung (Vorfliegerladung) hat die Aufgabe, zumindest ein Aktivmodul des zu bekämpfenden Zieles zu aktivieren (zerstören), so daß die zweite Ladung (Hauptladung) nun lediglich ein inertes Ziel zu durchschlagen hat (Tandem prinzip). Das Zünden der Vorfliegerladung und der Hauptla dung erfolgt über eine Zündverzögerungseinheit mit einer konstanten Zündverzögerungszeit.

Es hat sich nun herausgestellt, daß bei einer konstanten Zündverzögerungszeit die Bekämpfung aktiver Ziele unter bestimmten Winkeln zu einer Minderung oder sogar zum Ver sagen der Wirkung der Hauptladung im inerten Ziel führt, weil die sich bewegenden Aktivzielplatten die Hauptladung und/oder deren Wirkmasse behindern oder sogar zerstören.

Somit ist die Wirkung von Tandem-Gefechtsköpfen bei einer konstanten Zündverzögerungszeit abhängig vom Beschußwin kel.

Aus der DE 31 41 333 C2 ist bereits ein Aufschlagzünder für ein die Außenwände von Zielen durchdringendes Geschoß bekannt, bei dem beim Aufschlag des Geschosses der Aufschlagwinkel ermittelt wird, um eine Detonation im Inneren des Zielobjektes innerhalb eines möglichst günstigen Abstandsbereiches in bezug auf die Wand des Zielobjektes auszulösen.

Aus der DE 32 15 845 C1 ist ferner ein Abstandssensor für Hohlladungsgefechtsköpfe bekannt, der nach dem Impulslaufzeitverfahren arbeitet.

Die in den nachfolgend genannten Druckschriften offenbarten Gefechtsköpfe verdeutlichen unterschiedliche Maßnahmen, die darauf gerichtet sind, einen nicht senkrecht auf ein Ziel treffenden Flugkörper in seiner Wirkrichtung oder Wirkzeit zu beeinflussen.

Aus der EP-0238 715 A1 ist es bekannt, die Zeitdifferenz zwischen den Zündungen der beiden Tandem-Hohlladungen durch die Wegdifferenz zwischen zwei Aufschlagkontakten zu bestimmen.

Die US-3,072,055 offenbart, daß bei Flugabweichungen vom Ziel die Geschoßlängsachse durch eine radial gerichtete Düsensteuerung korrigiert werden kann.

Aus der DE 35 29 897 A1 geht ein Flugkörper hervor, bei dem eine Sprengladung beim Überfliegen eines zu bekämpfenden Zieles in eine auf das Ziel gerichtete Position schwenkbar ist.

Schließlich ist es aus der DE 30 10 917 A1 als bekannt zu entnehmen, daß zur Vermeidung von Störungen des Haupthohlladungsstachels durch den Lochkanal des Vorhohlladungsstachels die Vorhohlladung eine zur Haupthohlladung parallel versetzte oder geneigte Auskleidungsachslage aufweist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gefechtskopf der eingangs erwähnten Art so weiterzuentwickeln, daß bei unterschiedlichen Beschußwinkeln die Wirkung der Hauptladung nicht beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht also im wesentlichen darauf, daß vor dem Auftreffen des Gefechtskopfes auf dem Ziel der Beschußwinkel ermittelt wird, und daß unter Berücksichtigung dieses Winkels dann die Zündverzögerungszeit zwischen der Zündung der Vorfliegerladung und der Hauptladung automatisch eingestellt wird. Durch die Wahl der Zündverzögerungszeit in Abhängigkeit von dem Beschußwinkel kann weitgehend vermieden werden, daß Teile des Zie les, insbesondere des Aktivmoduls, die durch das Eindringen der Vorfliegerladung herumfliegen, die Hauptladung treffen, bevor diese das inerte Ziel erreicht.

Im folgenden wird anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe von Figuren die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Gefechtskopf vor dem Auftreffen eines Zie les mit Aktivpanzerung;

Fig. 2 bis 6 Blockschaltbilder verschiedener Ausführungs formen zur Ermittlung der Zündverzögerungszeit;

Fig. 7 ein Blockschaltbild für gelenkte Munition, wobei Signale sowohl für die Zündverzögerung als auch für die Flugsteuerung gewonnen werden;

Fig. 8 bis 17 verschiedene Vorder- und Seitenansichten der Entfernungsmesser des Gefechtskopfes zur Er klärung der Wirkungsweise der Erfindung bei unterschiedlichen Beschußwinkeln.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Tandem-Gefechtskopf und mit 20 ein Teil eines Aktivzieles bezeichnet. Der Tandem-Ge fechtskopf besteht im wesentlichen aus einer ersten Hohl- oder projektilbildenden Ladung 11 (Vorfliegerladung) und einer zweiten Hohl- oder projektilbildenden Ladung 12 (Hauptladung). In der Nähe des äußeren Umfanges des Tandem-Gefechtskopfes 10 befinden sich beispielsweise vier Entfernungsmesser 31 bis 34, von denen in Fig. 1 lediglich zwei, nämlich die Entfernungsmesser 31 und 34 zu sehen sind. Diese Entfernungsmesser sind an dem Tandem-Gefechts kopf so angeordnet, daß sie die Entfernung zu Zielen 20 in Flugrichtung messen können. Die Entfernungsmesser 31 - 34 bestehen im wesentlichen jeweils aus einer Laserdiode und einem Laserdetektor.

Im Inneren des Gefechtskopfes ist eine Vorrichtung 17 zur Bestimmung des Beschußwinkels α und der Zündverzöge rungszeit Δt angeordnet, deren Funktion weiter unten erklärt wird

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Vorrichtung 17. Dabei ist mit 30 die Entfernungsmeßeinheit, mit 40 eine Signal verarbeitungseinheit, mit 50 eine Einheit zur Kennlinien verarbeitung und mit 60 eine Zeitsteuerungseinheit bezeich net.

Die Entfernungsmeßeinheit 30 besteht im wesentlichen aus den oben bereits erwähnten Entfernungsmessern 31 bis 34. Diesen Entfernungsmessern sind Vorrichtungen zur Ermitt lung der Abstandskoordinaten x, y, z und u nachgeschaltet. Diese Vorrichtungen zur Ermittlung der Abstandskoordinaten sind der Signalverarbeitungseinheit 40 zugeordnet und be sitzen die Bezugszeichen 41 bis 44. Den Vorrichtungen 41 bis 44 nachgeschaltet ist eine Vorrichtung 45 zur Berech nung des Beschußwinkels α. Deren Ausgangssignal wird der Einheit (50) zur Kennlinienverarbeitung zugeführt, die im wesentlichen aus einer Einheit 51 mit der Kennlinie Δt = f (α) und einem Speicher 52 besteht, in dem die be rechnete Zündverzögerungszeit gespeichert wird.

f (α) ist eine für die Gefechtskopfauslegung spezifische Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen der Zündverzöge rungszeit Δt von Vorflieger zur Hauptladung und dem Be schußwinkel α charakterisiert. In der Einheit 51 können jedoch auch zusätzliche Funktionen bearbeitet werden wie z. B.: Zündverzögerungszeit als Funktion der Aktivziel größe oder als Funktion der Dicke und Geschwindigkeit der Aktivzielplatte oder als Funktion der physikalischen Eigenschaften der Aktivfolie (z. B. Empfindlichkeit, Deto nationsgeschwindigkeit etc.).

Der Ausgang des Speichers 52 ist mit dem Eingang der Zeit steuerungseinheit 60 verbunden, die ihrerseits einen Zeit zähler 61 sowie die Zündeinheiten 62 und 63 für die Zün dung der Vorfliegerladung 11 sowie der Hauptladung 12 ent hält.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem nur eine ein zige Laserdiode 35 verwendet wird. Das Licht dieser Diode 35 wird auf optischem Wege in vier gleichwertige Licht strahlen zerlegt und über die Entfernungsmesser 31, 32, 33 und 34 übertragen. Die vier Laserdetektoren empfangen die Eingangssignale und leiten die entsprechenden elektrischen Signale an die Signalverarbeitungseinheit 40 weiter.

Die Fig. 4 unterscheidet sich von der Fig. 2 im wesentli chen nur dadurch, daß zusätzlich ein Abstandssensor 18 vor gesehen ist, der nach Detektion eines Zieles die Vorrich tung 17 aktiviert. Danach werden kurz vor dem Zeitpunkt des optimalen Stand Off die Abstände zum Ziel mit Hilfe der Entfernungsmeßgeräte 31 bis 34 und der nachgeschalte ten Vorrichtungen 41 bis 44 bestimmt. Die nachgeschaltete Vorrichtung 45 berechnet dann den Beschuß- bzw. Auftreff winkel. Nach der Winkelbestimmung erfolgt eine Verar beitung in der Einheit 51. Wie bereits oben erwähnt be sitzt diese Einheit eine für den Gefechtskopf definierte Kennlinie, die die Zündverzögerungszeit als Funktion des aktuellen Beschußwinkels charakterisiert. Zu jedem Beschuß winkel gibt es somit eine definierte Zündverzögerungs zeit Δt, so daß die Hauptladung 12 ohne Beeinträchtigung der Aktivpanzerung optimal im inerten Ziel wirken kann.

Die Zündverzögerungszeit Δt wird im Speicher 52 gespeichert und im Bereich des optimalen Stand Off auf einen Zeitzäh ler 61 übertragen. Hier wird die Zündung der Vorflieger ladung angetriggert und anschließend mit der zuvor defi nierten Zündverzögerungszeit die Hauptladung gezündet.

Die Fig. 5 und 6 unterscheiden sich von der Fig. 4 dadurch, daß der Abstandssensor 18 die Entfernungsmeß einheit 30 zum Zeitpunkt t₀ und die Zündeinheit für den Vorflieger 62 über den Zeitzähler 61 zum Zeitpunkt t₁ triggert. Der Zeitzähler 61 leitet dann ein Zündsignal an die Zündeinheit 63 für die Hauptladung zum Zeitpunkt t₁ + Δt weiter.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel triggert wiederum der Abstandssensor 18′′ die Entfernungsmeßeinheit 30 und die Zündeinheit 62 für die Vorfliegerladung. Diese wie derum gibt beim Zünden ein Signal für den Zeitzähler ab. Der Zeitzähler gibt dann ein Signal an die Zündeinheit 63 zum Zeitpunkt t₁ + Δt, so daß zu diesem Zeitpunkt die Hauptladung detoniert.

Selbstverständlich kann der Abstandssensor 18 in den vor stehend beschriebenen Fällen auch ganz fehlen. In diesem Fall übernimmt einer der Entfernungsmesser 31 bis 34 die Aufgabe des Abstandssensors.

Wie Fig. 7 zeigt, kann die Vorrichtung 17 auch zur Flug steuerung benutzt werden. Hierzu ist eine Rückführschleife vom Kennlinienbaustein 51 zum Flugsteuerungssystem 70 des Flugkörpers und von hier zur Entfernungsmeßeinheit 30 ein gebaut.

Wird durch die Entfernungsmeßeinheit 30 und durch die Vor richtung 45 ein für den Gefechtskopf ungünstiger Beschuß winkel α über den Kennlinienbaustein 51 ermittelt, wird von dem Baustein 51 ein Signal zum Flugsteuerungssystem 70 des Flugkörpers übertragen. Nach erfolgter Korrektur des Anflugwinkels mittels des Flugsteuerungssystems wird dann wieder der Beschußwinkel α mit Hilfe der Entfernungsmeß einheit 30 und der Signalverarbeitungseinheit 40 ermittelt und in dem Kennlinienbaustein 51 überprüft.

Wird ein für den Gefechtskopf optimaler Beschußwinkel er mittelt, erfolgt die Bestimmung der Zündverzögerungszeit über den Kennlinienbaustein 51 und die Weiterleitung der entsprechenden Signale über den Speicher 52, den Zeitzäh ler 61 zu den Zündeinheiten 62 und 63.

Im folgenden wird näher auf die Ermittlung des Beschußwin kel α mit Hilfe der Vorrichtung 45 eingegangen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei rotierenden Gefechtsköpfen die vier Entfernungsmesser 31 bis 34 kurz vor dem optimalen Stand-off verschiedene Positionen einnehmen können.

1. Fall (Fig. 8 und 9)

Abstandskoordinaten: x = z oder u = y;
dann gilt für den Beschußwinkel:

wobei a der Abstand zwei gegenüber liegender Entfernungs messer ist.

2. Fall (Fig. 10)

Abstandskoordinaten: x = y = z = u

In diesem speziellen Fall wird im Speicher 52 eine vom Kennlinienbaustein 51 zuvor definierte Zündverzögerungs zeit abgelegt. Diese Zündverzögerungseinheit ist dem Kenn linienbaustein 51 fest eingegeben worden.

3. Fall (Fig. 11 und 12)

Abstandskoordinaten: u = z und x = y
dann gilt

Dabei ist b der Abstand zwei nebeneinanderliegender Entfer nungsmesser, wobei gilt:

4. Fall (Fig. 13-17)

Abstandskoordinaten x ≠ y ≠ z ≠ u

Bei der z. B. in der Fig. 14 dargestellten Konfiguration ergibt sich:

u = maximaler Weg
y = minimaler Weg.

Hier wird wie im 1. Fall der Winkel bestimmt durch

Gegenüber dem 1. Fall tritt hier jedoch ein Fehler bei der Bestimmung des Winkels über die Wegmessung auf. D. h., der tatsächlich vorhandene Winkel ist größer als der berechne te Winkel.

Zur Abschätzung des maximal auftretenden Winkels wird folgender ungünstigster Fall betrachtet:

1. das Ziel steht unter dem Beschußwinkel von α = 45° NW
2. die Entfernungsmesser nehmen einen Winkel von β = 22,5° ein.

Dann gilt nach Fig. 15:

h = 0,0381·a.

Da dieser Fehler bei u und bei y auftritt gilt

⇒ j = 2·h = 0,076a.

Unter α = 45° wird eine Wegdifferenz gegenüber zum Fall 1

Δ= a - 0,0761a
Δ = 0,924 a

gemessen.

Die Berechnung bei einem unter α = 45° (Fig. 16) geneig ten Ziel erfolgt durch

Der berechnete Wert für die Zielneigung unterscheidet sich vom tatsächlichen Wert um

α = 2,26°.

Bei der Wegbestimmung tritt ein maximal möglicher Fehler f_Weg von:

f_Weg = 8%

auf.

Bei der Winkelberechnung tritt ein maximal möglicher Fehler f_α von:

f_α = 5%

auf.

Der Fehler f_α ist gegenüber den Fehlern des Gesamtsystems "Gefechtskopf" vernachlässigbar klein.

Tritt z. B. der Fall ein (Fig. 17):

u = maximaler Weg
y = minimaler Weg

so wird wie im 3. Fall der Winkel bestimmt durch

Auch hier tritt ein maximal möglicher Fehler bei der Winkelberechnung f von

f_α = 5%

auf.

Bezugszeichenliste

10 Tandem-Gefechtskopf
11 erste Hohl- oder projektilbildende Ladung (Vorflugladung)
12 zweite Hohl- oder projektilbildende Ladung (Hauptladung)
17 Vorrichtung zur Bestimmung des Beschußwinkels und der Zünd verzögerungszeit
18 Abstandssensor
20 aktives Ziel
30, 31 Entfernungsmeßeinheit
32, 33, 34 Entfernungsmesser
35 Laserdiode
40, 41, 42 Signalverarbeitungseinheit
43, 44 Vorrichtungen zur Ermittlung des Abstandskoordinaten (x, y, z, u)
45 Vorrichtung zur Berechnung des Beschußwinkels
50 Kennlinienverarbeitung
51 Einheit zur Berechnung der Kennlinie mit Datenspeicherung
52 Speicher in der die Zündverzögerungszeit gespeichert ist.
60 Zeitsteuerungseinheit
61 Zeitzähler (f. Triggerung)
62 Zündeinheit f. Vorfliegerladung
63 Zündeinheit f. Hauptladung
70 Flugsteuerungssystem

Claims

1. Tandem-Gefechtskopf (10) zur Bekämpfung aktiver Zie le (20) mit einer ersten, im vorderen Teil des Gefechts kopfes angeordneten Hohl- oder projektilbildenden Ladung (11), und einer zweiten, in Flugrichtung des Gefechtskopfes (10) hinter der ersten Ladung angeord neten Hohl- oder projektilbildenden Ladung (12) (Hauptladung), wobei der Gefechtskopf (10) eine Zünd verzögerungseinheit aufweist, die die Zündung sowohl der ersten wie der zweiten Hohl- bzw. projektilbil denden Ladung bewirkt, dadurch gekenn zeichnet, daß der Tandem-Gefechtskopf (10) eine Vorrichtung (17) zur Bestimmung des aktuellen Winkels des Gefechtskopfes (10) zum Ziel (20) (Beschußwinkel) und der dem jeweiligen Beschußwinkel zugeordneten Zündverzögerungszeit Δt aufweist, daß die Vorrichtung (17) zur Bestimmung des Beschußwinkels vier Entfernungs messer (31-34) enthält, mit denen die Abstandskoor dinaten zwischen dem Tandem-Gefechtskopf (10) und dem Ziel (20) ermittelt werden; und daß die Verzögerungs zeit Δt anschließend mit Hilfe einer für den Gefechts kopf (10) charakterischen Kennlinie Δt = f (α) er mittelt wird.

2. Tandem-Gefechtskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Entfernungs messer (31-34) eine eigene Sende- und Empfangseinheit aufweist.

3. Tandem-Gefechtskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungs messer (31-34) nur von einer einzigen Laserdiode (35) gespeist werden, wobei zwischen dieser Laserdiode (35) und den Entfernungsmessern (31-34) ein Strahlenteiler angeordnet ist, der das Laserlicht in eine der Zahl der Entfernungsmesser (31-34) entsprechende Anzahl von Lichtstrahlen aufspaltet, und daß jeder Entfernungs messer (31-34) eine eigene Empfangseinheit aufweist.

4. Tandem-Gefechtskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Entfernungsmessern (31-34) ein Abstandssensor (18, 18′, 18′′) vorgesehen ist.

5. Tandem-Gefechtskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tandem-Gefechts kopf (10) ein Flugsteuerungssystem (70) enthält, wel ches in Abhängigkeit von dem jeweils gemessenen Beschuß winkel die Richtung des Gefechtskopfes (10) solange ändert, bis sich ein für den Gefechtskopf (10) optimaler Beschußwinkel ergibt.