NO311953B1 - Fremgangsmåte og innretning for å bestemme et programmerbart prosjektils oppdelingstidspunkt - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for å bestemme et korrigert fragmenterings- eller oppdelingstidspunkt for et prosjektil hvis fragmentering er programmerbar, idet prosjektilet skytes ut fra et kanonløp. Oppfinnelsen er nærmere presisert i innledningen av patentkrav 1. Den gjelder videre et apparat som utgjør en sammenstilling for å utføre fremgangsmåten, i samsvar med innledningen av patentkrav 9.

Fra EP 0 300 255 er kjent en tilsvarende innretning for å registrere prosjektilhastigheten ved munningen av et våpenløp. Måleinnretningen består av to toroidspoler som er anordnet i en viss avstand fra hverandre, og på grunn av den magnetiske fluksendring som finner sted når et prosjektil passerer de to spoler vil det frembringes en elektrisk puls i begge av disse, like etter hverandre. Pulsene overføres til en behandlingskrets, slik at prosjektilhastigheten kan beregnes ut fra tidsavstanden mellom pulsene og den fysiske avstand mellom toroidspolene. En senderspole for hastigheten er anordnet bak måleinnretningen, i prosjektilets bevegelsesretning, og denne senderspole arbeider sammen med en mottakerspole i selve prosjektilet. Mottakerspolen er koplet via et høypassfilter og står i forbindelse med en teller hvis utgangsside er forbundet med en tidskrets. Oppdelingstidspunktet kan finnes ut fra den beregnede hastighet ved våpenmunningen og treffavstanden frem mot det aktuelle mål, og disse data overføres induktivt til prosjektilet like etter passeringen gjennom måleinnretningen. Tidsmekanismen innstilles som funksjon av oppdelingstidspunktet slik at prosjektilet kan deles opp på foreskrevet måte i nærheten av målet.

Hvis prosjektiler med underprosjektiler brukes (prosjektiler med primær og sekundær ballistikk) er det f.eks. mulig, slik det er vist i OC 2052 d 94, en publikasjon fra Oerlikon-Contraves, Zurich, å ødelegge et angripende mål ved flere treff hvis det forventede område av målet blir dekket av en sky som dannes av underprosjektilene, etter at disse er skilt fra eller skutt ut i det øyeblikk som her er kalt oppdelingstidspunktet. Under oppdelingen skilles den del som bærer underprosjektilene fra og rives åpen ved en rekke forhåndsbestemte bruddpunkter. De utskutte underprosjektiler kommer til å følge en spinn-stabilisert flygebane som bevirkes av prosjektilets rotasjon og vil jevnt fordeles innenfor en angrepskonus, ved at de i denne følger tilnærmet halvsirkulære buer, hvorved det blir stor sannsynlighet for at et mål kan treffes.

Det er imidlertid ikke alltid mulig å få en god treffsannsynlighet for en slik innretning i ethvert tilfelle, siden man kan ha fluktuasjoner i oppdelingsavstanden, f.eks. som følge av variasjon i prosjektilutgangshastigheten og/eller bruken av verdier som ikke er helt riktige. Selv om treffsirkelen (som representerer treffkonusens tverrsnitt) blir større med større oppdelingsavstand vil tettheten av underprosjektilene naturligvis bli mindre. Det motsatte tilfellet har man når oppdelingsavstanden er liten, da vil altså underprosjektilene komme i tett formasjon, men treffsirkelen vil være mindre.

Det er nå et mål med oppfinnelsen å skaffe til veie en fremgangsmåte og en innretning i samsvar med tittelen og innledningen, og hvor man søker å oppnå en så god treffsikkerhet som mulig uten å være beheftet med ulempene nevnt ovenfor.

Dette mål menes å være nådd med de trekk som fremgår av patentkravene 1 og 9. En fast og optimal oppdelingsavstand mellom et oppdelingspunkt på prosjektilet og et treffpunkt på målet blir holdt konstant ved korreksjon av oppdelingstidspunktet. Korrek-sjonen utføres slik at en korreksjonsfaktor som multipliseres med en hastighetsforskjell legges til oppdelingstidspunktet, og prosjektilets hastighetsforskjell dannes som forskjellen mellom den målte aktuelle prosjektilhastighet og en ledehastighet for samme, idet denne såkalte ledehastighet beregnes ut fra den gjennomsnittlige verdi av et større antall tidligere registrerte prosjektilhastigheter hvor utskytingen/oppdelingen/måltreffet har vært vellykket.

De fordeler som kan oppnås ved hjelp av oppfinnelsen bygger på at en fastlagt oppdelingsavstand vil være uavhengig av prosjektilhastigheten slik denne måles i virke-ligheten, slik at det er mulig å fa en konstant og stor sannsynlighet for treff eller nedskytning. Korreksjonsfaktoren som foreslås for oppdelingstidspunktet bygger på treff-punktets aktiveringselementer for å kunne holde kommando over våpenet, dvs våpen-vinklene a og X, trefftidspunktet Tf og ledehastigheten VOv for prosjektilet. Muligheten for enkel integrasjon i allerede eksisterende våpenkommandosystemer og hvor det trengs minimalt med foranstaltninger muliggjøres.

Oppfinnelsen skal nå gjennomgås i nærmere detalj, ved at et utførelseseksempel belyses, og dette eksempel er vist i tegningene, hvor fig. 1 skjematisk viser et våpenkom-mandosystem med en innretning ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et lengdesnitt gjennom en måle- og programmeringsinnretning, fig. 3 viser skjematisk fordelingen av underprosjektilet som funksjon av oppdelingsavstanden, og fig. 4 viser på en litt annen måte og likeledes skjematisk våpenkommandosystemet fra fig. 1.

På fig. 1 indikeres med 1 en ildkommandoenhet og med 2 et våpen i form av en kanon. Enhetene 1 består av en søkesensor 3 for registrering av et mål 4, en følgesensor 5 for målfølging i forbindelse med søkesensoren 3 ved tredimensjonal radarsøking og - overvåking, så vel som en datamaskin 6 for ildkommando. Datamaskinen er koplet til minst ett hovedfilter 7 og har en prosessor 9 for ledehastighetsberegning. På inngangssiden er filteret 7 koplet til følgesensoren 5, og på utgangssiden til prosessoren 9, og filterets 7 funksjon er overføring av tredimensjonale måledata som mottas fra følgesensoren 5, i form av estimerte måledata Z så som posisjon, hastighet, akselerasjon etc., for overføring til prosessoren 9. Meteorologiske data kan tilføres prosessoren 9 via en ytterligere inngang Me. Betydningen av symbolene på de enkelte steder i skjemaet vil fremgå av funksjons-beskrivelsen nedenfor.

En andre datamaskin hører til selve våpenet, kanonen 2 og omfatter en evalueringskrets 10, en oppdateringsenhet 11 og en korreksjonsenhet 12. Kretsen 10 er koplet til en måler 14 for prosjektilhastighet og anordnet på utløpet av kanonvåpenløpet 13, og dette skal beskrives nærmere i forbindelse med fig. 2. Kretsen 10 er på utgangssiden koplet til prosessoren 9 og oppdateringsenheten 11. Enheten 11 har også andre innganger, nemlig fra prosessoren 9 og korreksjonsenheten 12, og utgangssiden er koplet til et programmeringselement som er integrert i måleren 14. Korreksjonsenheten 12 er på inngangssiden koplet til prosessoren 9 og på utgangssiden til oppdateringsenheten 11. En kanonservokrets 15 og en aktivator 16 som reagerer på ildkommandoen er også koplet til prosessoren 9. Forbindelsene mellom ildkommandoenheten 1 og kanonen 2 er kombinert i det som her kan kalles et dataoverføringsmedium 17 (en buss). Et prosjektil 18, 18' er illustrert i to forskjellige utskytningsstillinger, nemlig med utskytningen fra kanonløpet 13 (i en programmeringsfase), og ved oppdelingstidspunktet nær et mål 4. Prosjektilet 18 er altså et programmerbart element med primær og sekundær ballistikk, utrustet med en utskytningslast og en tidsmekanisme og fylt med underprosjektiler 19.

Fig. 2 viser et holderør 20 festet til munningen av løpet 13 og bestående av tre deler, nemlig en første, en andre og en tredje del 21, 22, 23. To toroidspoler 24, 25 for måling av prosjektilhastighet er anordnet mellom den første del 21 og den andre og tredje del 22, 23. En senderspole 27 som er innesluttet i en spolestamme 26 er festet til den tredje del 23 - også kalt en programmeringsdel. Måten holderen 20 og de tre deler 21, 22, 23 er festet på og til hverandre blir ikke her gjennomgått nærmere. Bløtjernstaver 30 er anordnet langs omkretsen av holderøret 20 for å skjerme mot magnetiske felt som vil kunne forstyrre målingene. Prosjektilet 18 har en mottakerspole 31 som er koplet via et filter 32 og en teller 33 med en tidsmekanisme som i dette tilfelle er i form av en forsinkelsestenner 34. Ved passeringen av prosjektilet 18 forbi spolene 24, 25 dannes to raskt påfølgende elektriske pulser i spoleviklingene, og disse pulser føres til evalueringskretsen 10 (fig. 1) for beregning av prosjektilhastigheten, med utgangspunkt i tidsavstanden mellom pulsene og den fysiske avstand a mellom spolene 24, 25. Deretter kan man beregne et oppdelingstidspunkt, dvs ved hvilket etterfølgende tidspunkt man ønsker at prosjektilet skal skyte ut underprosjektilene, og dette skal beskrives i nærmere detalj nedenfor. Tidspunktet overføres induktivt på digital form under passeringen av prosjektilet 18, ved hjelp av senderspolen 27 og til mottakerspolen 31, slik at telleren 33 kan startes.

Prosjektilets 18 (18') fragmenterings- eller oppdelingsposisjon er angitt med Pz på fig. 3, og i denne posisjon skytes underprosjektilene ut slik at de kommer til å ligge innenfor kjeglen C i en tilnærmet jevn fordeling langs halvsirkulære kurver i de (perspektivisk tegnede) sirkelflater Fl - F4 som danner kjeglens C tverrsnitt. Avstanden fra posisjonen Pz er gitt (i meter) langs en første abscisse I, mens arealet av sirkelflatene Fl - F4 er avsatt langs en andre abscisse II (angitt i m<2>), øverst og med sirkeldiameter i meter, nederst. Med et karakteristisk prosjektil som f.eks. har 152 underprosjektiler og en konusvinkel C på i utgangspunktet 10° får man de verdier som er avsatt langs abscisse II som funksjon av avstanden. Tettheten av underprosjektilene i sirkelflatene Fl -F4 vil reduseres med økende avstand, og i det aktuelle tilfelle vil man ha en tetthet på hhv 64, 16, 7 og 4 pr kvadratmeter

(angitt med tallet i midten av flaten). Ved en gitt oppdelingsavstand Dz, dvs avstanden fra kanonen og til oppdelingsposisjonen Pz, på f.eks. 20 m, en verdi som beregningen nedenfor er basert på, vil et målområde i det viste eksempel på 3,5 m diameter bli dekket av seksten underprosjektiler pr kvadratmeter.

Målet som skal angripes eller som man skal forsvare seg mot, vist på fig. 4 og der angitt med 4 og 4', representerer hhv. en treff/utskytningsposisjon og en noe tidligere posisjon.

Oppfinnelsens innretning virker på denne måte:

Prosessoren 9 beregner en treffavstand RT fra ledehastigheten og som er dannet som et gjennomsnitt av flere prosjektilhastigheter Vm og tilført via mediet 17, idet disse tidligere registrerte hastigheter Vm er som følge av relativt ferske målinger. Ut fra den forhåndsbestemte oppdelingsavstand Dz og ved at man tar hensyn til prosjektilhastigheten Vg(Tf) som en funksjon av trefftidspunktet Tf er det mulig å beregne et oppdelmgsitdspunkt Tz for prosjektilet, ut fra følgende ligninger:

Dz=Vg(Tf) ts og Tz=Tf-ts

hvor Vg(Tf) er bestemt ved ballistisk tilnærmelse og Tz gjelder den tid det tar for prosjektilet å bevege seg frem til oppdelingsposisjonen Pz, mens Pf er den tid det tar for et underprosjektil å bevege seg i prosjektilets bevegelsesretning fra posisjonen Pz og til treffpunktet Pf på målet (fig. 3,4), idet Tf således kan kalles banetiden.

Prosessoren 9 får beskjed om stillingen av kanonen 2, nemlig dens asimutvinkel a og elevasjonsvinkel X. Avstanden a mellom toroidspolene 24, 25, vinklene a og X, oppdel-ings- eller trefftidspunktet Tz, Tf og ledehastigheten VOv er de aktuelle ilddataparametre for treffpunktet og overføres via mediet 17 til korreksjonsenheten 12. I tillegg overføres vinklene til kanonservokretsen 15, og parametrene VOv og Tz føres til oppdatering av enheten 11. Hvis man bare har primær ballistikk overføres Tf=Tz+ts i stedet for oppdelingstidspunktet Tz (fig. 1 - fig. 4).

Disse beregninger utgjøres gjentatt og syklisk slik at de nye parametre a, X, Tz og VOv er tilgjengelige en forhåndsbestemt gyldig tid innenfor en tilhørende aktuell klokkeperiode i.

Interpolasjon eller ekstrapolasjon utføres for det aktuelle tidspunkt (t) mellom avtastningsitdspunktene.

Ved starten av hver klokkeperiode i beregner korreksjonsenheten 12 en korreksjonsfaktor K ved hjelp av de fire siste parametre a, X, Tz eller Tf og VOv, ut fra ligningen:

Her betyr 6T/5to den deriverte av prosjektilets banetid TG, og denne deriverte kan beregnes gjennomsnittlig av formelen:

6TG/6to=(TGn)/to

hvor i er indeks for den aktuelle klokkeperiode, i-l indeksen for den foregående klokkeperiode, mens to er lengden av en klokkeperiode. Dette gjelder når prosjektilets banetid TG er lik tiden frem til trefftidspunktet Tf. Størrelsen to<2> er en takometerstørrelse som er relatert til posisjonen av kanonløpet 13 og beregnes ut fra ligningen:

idet

fastlegger kanonløpets vinkelhastigheter i samme retning som vinkelen a eller X. Vm er en standardhastighet innenfor ballistikk.

Størrelsen q tar hensyn til et prosjektils luftmotstand og beregnes ut fra ligningen:

q=(CWn-yGq)/(2Gm),

hvor de enkelte verdier som skal settes inn fremgår av krav 6 og hvor blant annet 7 er lufttettheten.

I stedet for å velge en numerisk (eller ved behov en filtrert) løsning som forklart ovenfor er det også mulig å lese ut tachometerstørrelsen co direkte ved kanonen og bruke denne verdi i beregningene.

Fra korreksjonsfaktoren K som overføres fra korreksjonsenheten 12, fra den målte aktuelle prosjektilhastighet Vm, overført som et signal fra evalueringskretsen 10, og fra ledehastigheten VOv og oppdelingsitdspunktet Tz hentet ut fra prosessoren 9, kan oppdateringsenheten 11 beregne det korrigerte oppdelingstidspunkt Tz(Vm) ut fra ligningen:

Tz(Vm)=Tz+K(Vm-VOv).

Resultatet interpoleres eller ekstrapoleres for det aktuelle tidspunkt T, i avhengighet av gyldig tid. Verdien overføres til senderspolen 27 i den tredje del 23 som kan kalles en programmeirngsenhet i måleren 14 og overføres induktivt til et passerende prosjektil 18 som allerede beskrevet i forbindelse med fig. 2.

Det er mulig å komme frem til en omstillingsavstand Dz (fig. 3, 4) som en konstant og uavhengig av fluktuasjoner i prosjektilhastigheten, ved hjelp av korreksjon av oppdelingsitdspunktet Tz, slik at det er mulig å få optimal nedskytning av et mål.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å bestemme et korrigert oppdelingstidspunkt (Tx(Vm)) for fragmentering av et prosjektil (18) hvis fragmentering er programmerbar, ved utskyting fra et våpenløp (13), i det den hensikt å opprettholde ved en konstant verdi, en forhåndsbestemt oppdelingsavstand (Dz) mellom et treffpunkt (Pf) og prosjektilets (18) posisjon (Pz) når oppdelingen skal finne sted ved det oppdelingstidspunkt (Tz) som skal korrigeres, idet treffpunktet (Pf) er på et mål (4) som beveger seg med en bestemt hastighet, omfattende: beregning av en treffavstand (Rt) fra våpenløpet (13) til målet (4) ut fra data fra sensorer (3, 5), måling av prosjektilets (18) utgangshastighet (Vm) fra våpenløpet (13), og bestemmelse av det korrigerte oppdelingstidspunkt Tz(Vm) ut fra i det minste: treffavstanden er (Rt), prosjektilets (18) utgangshastighet (Vm) og oppdelingsavstanden (Dz), karakterisert ved bestemmelse av en forhåndsbestemt ledehastighet (VOv) for-prosjektilet ut fra de data sensorene (3, 5) gir, og bestemmelse av det endelig korrigerte oppdelingstidspunkt Tz(Vm) ut fra det ukor-rigerte oppdelingstidspunktet (Tz) ved hjelp av ligningen: hvor Tz(Vm) er det korrigerte oppdelingstidspunkt, Tz er oppdelingstidspunktet, K er en korreksjonsfaktor, Vm er den målte utgangshastighet for prosjektilet fra våpenløpet, og VOv er en forhåndsbestemt ledehastighet for prosjektilet, idet korreksjonsfaktoren K er beregnet ut fra formelen: hvor TG er prosjektilets banetid, 5TG/5to er den tidsderiverte av denne banetid, q er en variabel som tar hensyn til prosjektilets luftmotstand, Vn er en ballistisk standardhastighet, og co er en variabel som er relatert til våpenløpets posisjon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at beregningene utføres i syklisk repetisjon.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at utledningen av prosjektilets banetid (Tg) beregnes ut fra formelen: hvor i er den aktuelle syklus, i-l er den tidligere syklus, og tO er den lengden av en syklus.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at verdien (co ) relatert til kanonløpet (13) er beregnet ut fra: hvor a er kanonløpets asimutvinkel, X er dets elevasjonsvinkel, rateaer dets vinkelhastighet i o-retningen, og rate\er dets vinkelhastighet i X-retningen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at vinkelhastighetene i et- og X-retningene beregnes ut fra: ratea=fø-ot-i)/to, og ratex=(Xi.i)/to, idet i, i-l og to er slik det er definert i krav 3.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at verdien (q) beregnes ut fra: hvor CWn er en luftmotstandskoeffisient, X er lufttettheten, Gq er prosjektilets tverrsnitt, og Gm er prosjektilets masse.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at ledehastigheten (VOv) er den gjennomsnittlige målte hastighet fra en rekke målinger umiddelbart før det aktuelle tilfelle med den målte prosjektilhastighet (Vm).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det korrigerte oppdelingstidspunkt (Tz[VM]) er interpolert eller ekstrapolert for det aktuelle tidspunkt, i avhengighet av den gyldige tid.

9. Innretning for å utføre fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende en ildkom-mandodatamaskin (6) som er koplet til en kanondatamaskin via et dataoverføringsmedium (17), hvor ildkommandodatamaskinen (6) har minst én prosessor (9) for beregning av ledehastighet, og hvor kanondatamaskinen har minst én evalueringskrets (10) for å bestemme prosjektilhastigheten (Vm) og en oppdateringsenhet (11) som er koplet ved sin inngangsside til kretsen (10) for tilførsel av måleresultatene for prosjektilhastigheten (Vm) og som på utgangssiden er koplet til en tredje del (23) i form av et programmeringselement tilhørende en måler (14) for samme prosjektilhastighet (Vm), karakterisert ved en korreksjonsenhet (12) for beregning av korreksjonsfaktoren (K) og på inngangssiden koplet til prosessoren (9) via mediet (17) for overføring av ildkommandoparametre, særlig kanonens asimutvinkel ( ot) og elevasjonsvinkel (X), ledehastigheten (VOv) og oppdelingstidspunktet (Tz) eller trefftidspunktet (Tf), på hvilke parametre beregningen er basert, at oppdateringsenheten (11) er koplet på inngangssiden til prosessoren (9) via mediet (17) for tilførsel av ledehastighet (VOv) og tidspunktet (Tz eller Tf), og likeledes på inngangssiden koplet til korreksjonsenheten (12) for tilførsel av korreksjonsfaktoren (K), og at det korrigerte oppdelingstidspunkt (Tz[Vm]) som er beregnet i oppdateringsenheten (11) via koplingen blir overført til den tredje del (23) fra enhetens utgang.