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2022 | Buch

Lenkverfahren

Eine Einführung in die Theorie und Praxis der Flugkörperlenkung

verfasst von: Dr. Thomas Kuhn, Dr. Werner Grimm

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

Das Buch bietet eine Einführung in die wichtigsten Methoden der Flugkörperlenkung. Im Rahmen eines historischen Abrisses wird die Frage geklärt, was überhaupt unter einem Lenkflugkörper zu verstehen ist. Es folgen Grundbegriffe und Definitionen wie z.B. die der erforderlichen Koordinatensysteme. Die Einbettung des Systems Lenkung in das Gesamtsystem Flugkörper wird beschrieben. Die wichtigsten Lenkverfahren sind die Proportionalnavigation, die Zieldeckungslenkung und die Raketenlenkung auf der Basis des Required-Velocity-Konzeptes. Jedem der drei Verfahren ist jeweils ein Kapitel gewidmet. Unter der Überschrift "Realisierungsaspekte" geht es um die praktische Umsetzung der Lenkverfahren. Auf oberster Ebene bewerkstelligt die Missionssteuerung das Umschalten in die verschiedenen Phasen der Flugbahn. Zur Auswertung eines Lenkgesetzes muss die Relativgeometrie Flugkörper / Ziel erfasst bzw. geschätzt werden. Dazu gibt es verschiedene Suchkopftechnologien bzw. Schätzverfahren (Kalman-Filter). Fast alle beschriebenen Methoden werden mit Simulationsergebnissen mit einem einfachen Flugkörpermodell veranschaulicht.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Überblick und Grundlagen
Zusammenfassung
Mit diesem Kapitel wird dem Leser ein erster Überblick zu dem Themenkomplex gegeben. Zunächst wird mit der Darstellung der Geschichte der Lenkflugkörper zugleich die thematische und die historische Einordnung vorgenommen. Dabei wird die Schwierigkeit einer abgrenzenden Definition der Lenkung bzw. der Lenkverfahren vom Gesamtkomplex der Lenkflugkörpertechnologien deutlich. Ungeachtet dieser Schwierigkeit wird eine praktisch anwendbare Definition der Lenkung formuliert. Mit dieser Definition wird zugleich eine Klassifikation der Lenkverfahren unter Bezugnahme auf die militärischen Anwendungen vorgenommen. Anschließend werden in einem stark vereinfachten Schema die wichtigsten, zum weiteren Verständnis erforderlichen Begriffe aus der Relativgeometrie vermittelt, die den Lenkverfahren zugrunde liegt. Schließlich wird die Lenkung als Teil eines Regelkreises, der so genannten Lenkschleife vorgestellt und die im Weiteren verwendeten Koordinatensysteme diskutiert.
Thomas Kuhn, Werner Grimm
Kapitel 2. Proportionalnavigation
Zusammenfassung
In diesem Kapitel soll das wesentlichste Lenkgesetz, die PN vorgestellt bzw. hergeleitet und analysiert werden. Die benötigten Grundbegriffe wurden bereits im Abschn. 1.3 eingeführt. Es ist im weitesten Sinne die Aufgabe eines jeden Lenkgesetzes den Kollisionskurs zwischen Ziel und Flugkörper herzustellen.
Thomas Kuhn, Werner Grimm
Kapitel 3. Zieldeckungslenkung
Zusammenfassung
Die Zieldeckungslenkung ist das geeignete Lenkverfahren für die in Abschn. 1.​4 eingeführte kommandierte Lenkung, und dort speziell für das Beamrider-Verfahren. Man spricht auch von „Dreipunktlenkung“,  da drei Elemente an dem Szenario beteiligt sind: der Lenkstand, der Flugkörper und das Ziel. „Beamrider Missiles“ werden meist als Boden-Luft-Flugkörper eingesetzt und sind im Gegensatz zu Luft-Luft-Flugkörpern nicht voll autonom, d.h. sie sind mehr oder weniger auf Information vom Lenkstand angewiesen. Von dort aus werden Flugkörper und Ziel über Radar bzw. Laser verfolgt, um deren Position und Geschwindigkeit zu ermitteln. Die Herleitung der Zieldeckungslenkung erfolgt didaktisch in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird das Szenario auf eine vertikale Ebene beschränkt, danach folgt die Erweiterung auf drei Dimensionen.
Thomas Kuhn, Werner Grimm
Kapitel 4. Required-Velocity-Lenkung
Zusammenfassung
Die Required-Velocity-Lenkung ist das geeignete Lenkverfahren für ballistische Raketen, deren Flug zum größten Teil außerhalb der Atmosphäre stattfindet. Die Lenkung arbeitet während der Brennphase darauf hin, dass die Rakete zum Zeitpunkt des Brennschlusses auf einer vorgegebenen Keplerbahn zum Zielort fliegt. Das Lenkverfahren berechnet in jedem Lenkzyklus einen Sollwert für den Geschwindigkeitsvektor, die „required velocity“, die bei Abschaltung des Triebwerks genau der Geschwindigkeit auf der gewünschten Keplerbahn entspricht. Durch geeignete Kommandos an die Lageregelung der Rakete wird die tatsächliche Geschwindigkeit in die „required velocity“ überführt.
Thomas Kuhn, Werner Grimm
Kapitel 5. Realisierungsaspekte
Zusammenfassung
Zu den Realisierungsaspekten gehört die konfigurationsabhängige Umsetzung einer kommandierten Querbeschleunigung im Rahmen der Flugkörperregelung. Ein weiterer Punkt sind Verfahren, um Position und Geschwindigkeit des Ziels zu schätzen. Bei der Zieldatenerfassung gilt es insbesondere zu verhindern, dass die Schätzung der Sichtliniendrehrate durch die Rotation des Flugkörpers verfälscht wird („body moton isolation“). Schließlich geht es um spezielle Lenkgesetze für bestimmte Phasen oder Anforderungen an die Lenkung. Das erste Beispiel ist die Bahnlenkung entlang einer vorab berechneten optimalen Flugbahn in der „Midcourse-Phase“. Die „Trajectory Shaping Guidance“ dient dazu, einen vorgegebenen Einschlagwinkel im Zielpunkt zu erreichen. Die „Augmented Guidance“ ermöglicht es, eine geschätzte oder erwartete Zielbeschleunigung in der Lenkung zu berücksichtigen. Prädiktive Lenkverfahren beruhen auf der Idee, in jedem Lenkzyklus den weiteren Verlauf des Szenarios zu simulieren oder gar zu optimieren. Am Ende besteht eine Mission aus einer Abfolge unterschiedlicher Lenkmodi; die Umschaltung ist Aufgabe der übergeordneten Missionssteuerung.
Thomas Kuhn, Werner Grimm
Backmatter
Metadaten
Titel
Lenkverfahren
verfasst von
Dr. Thomas Kuhn
Dr. Werner Grimm
Copyright-Jahr
2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-64211-5
Print ISBN
978-3-662-64210-8
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-64211-5

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