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Die Erfindung betrifft ein Lenkmodul für ein ballistisches Geschoss mit einer Geschossachse, umfassend einen auf eine Drehung der Geschossachse empfindlichen Drehsensor und ein Auswertemittel zum Bestimmen einer Rolllage des Geschosses aus Signalen des Drehsensors.
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Ballistische Geschosse, insbesondere Artilleriegeschosse, werden oft über weite Distanzen in Richtung eines Ziels geschossen, dessen geographische Lage bekannt ist. Aufgrund der bekannten Entfernung des Ziels vom Geschütz und weiteren Parametern werden günstige Abschussparameter für einen Abschuss des Geschosses berechnet. Nach dem Abschuss fliegt Geschoss auf einer ballistischen Flugbahn in Richtung auf das Ziel.
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Um eine hohe Flugpräzision der Artilleriegeschosse zu erreichen, werden diese mit einem hohen Drall zur Stabilisierung verschossen. Zur weiteren Erhöhung der Treffgenauigkeit ist es bekannt, ballistische Geschosse mit einem Lenkmodul in der Geschossspitze auszustatten. Ein solches Lenkmodul kann mit beweglichen Flügeln versehen sein, durch deren Bewegungen beispielsweise Abgangsstörungen oder ein Windeinfluss korrigiert werden können. Um eine solche Korrektur zu erreichen, ist es notwendig, die Lage des Geschosses im Raum zu kennen, um so gezielt mit Hilfe der Flügel nach oben, unten, rechts oder links lenken zu können.
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Die extreme Schockbelastung beim Abschuss eines Geschosses stellt extreme Anforderungen an eine Lagesensorik dar. Bei einem drallstabilisierten Geschoss ist es außerdem notwendig, dass das Lenkmodul Kenntnis über die aktuelle Rolllage hat. Nur mit Hilfe dieser Kenntnis können Lenkmanöver auf der Basis von GPS-Daten auch umgesetzt werden. Da keine Lagereferenz vom Zeitpunkt vor dem Abschuss im drallstabilisierten Projektil zu erhalten ist, muss die Lage nach dem Abschuss ermittelt werden. Hierfür ist es aus der
DE 37 28 385 A1 bekannt, das Erdmagnetfeld zu sensieren und hieraus Lageinformation für das Lenkmodul zu gewinnen. Eine weitere Methode besteht in der Bestimmung des Sonnenstandes und dem Ableiten des Rollwinkels aus dem Sonnenstand relativ zum Projektil. Aus der
DE 43 25 589 B4 ist es bekannt, die Rolllage durch Auswerten der Bildfolge eines bildauflösenden Suchkopfsensors zu ermitteln. Die Bestimmung der Rolllage eines Geschosses mit Hilfe eines Kreisels ist aus
DE 27 50 128 C2 und
DE 42 34 026 C1 bekannt. Aus der
US 2007/0023567 A1 ist es bekannt, die Rolllage durch einen Gyro grob zu bestimmen und eine Feinbestimmung durch einen um die Geschossachse mitrotierenden Beschleunigungssensor zu erreichen, der die beim Durchfliegen einer gekrümmten ballistischen Geschossbahn in Geschossachse auftretende Corioliskraft misst.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Lenkmodul für ein ballistisches Geschoss anzugeben, mit dem eine aktuelle Lage des Geschosses im Raum bestimmt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Lenkmodul der eingangs genannten Art gelöst, das erfindungsgemäß ein Auswertemittel zum Bestimmen einer Rolllage des Geschosses aus Signalen des Drehsensors umfasst. einen Sensor umfasst, wobei der Drehsensor einen Kreisel mit einem Kreiselelement aufweist und der Sensor zum Bestimmen einer Auslenkung des Kreiselelements aus seiner Ruhelage vorgesehen ist und das Auswertemittel zum Bestimmen der Rolllage des Geschosses aus der Auslenkung des Kreiselelements und einer Phasenlage einer Rotation des Kreiselelements relativ zu einem gehäusefesten Element des Geschosses vorgesehen ist.
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Die Erfindung geht hierbei von der Überlegung aus, eine Besonderheit von ballistischen Flugbahnen zur Ermittlung einer Lagerreferenz zu nutzen. Eine ballistische Flugbahn verläuft – unter Vernachlässigung des Luftwiderstands – parabelförmig. Hierbei ist die Krümmung der Flugbahn immer zur Erde hin gerichtet und ohne einen Nulldurchgang. Beim Flug auf einer ballistischen Flugbahn dreht sich somit die Geschossachse bzw. Rollachse des Geschosses kontinuierlich um eine parallel zur Erdoberfläche ausgerichtete Drehachse. Diese Drehachse ist parallel zur Krümmungsachse der Krümmung der ballistischen Flugbahn. Die Lage dieser Drehachse liegt außerdem senkrecht zur Abschussrichtung und ist somit bekannt.
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Diese Drehachse oder eine von dieser Drehachse ableitbare andere für die ballistische Flugbahn charakteristische Richtung kann als Lagereferenz des Rollwinkels des Geschosses oder eines Teils davon, z. B. eines Geschosskopfes, verwendet werden.
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Durch die Lagereferenz kann die durch den Rollwinkel charakterisierte Rolllage des Geschosses im Raum bestimmt werden. Die Rolllage eines Geschosskopfs oder des Lenkmoduls wird im Folgenden ebenfalls als Rolllage des Geschosses bezeichnet. Die Rolllage ist hierbei zweckmäßigerweise die zum Zeitpunkt der Erfassung momentane, vom Rollwinkel bestimmte Winkellage des Geschosses im Raum. Bei bekannter Rolllage können Lenkmanöver gezielt gesteuert werden, wobei das Auswertemittel vorteilhafterweise zum Lenken des Geschosses vorgesehen ist. Unter Zuhilfenahme weiterer Daten, beispielsweise GPS-Daten, kann das ballistische Geschoss mit Hilfe des Lenkmoduls in ein Ziel gesteuert werden, dessen Position bekannt ist.
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Der Sensor kann ein jeder Sensor sein, der zur Bestimmung einer Drehung des Geschosses geeignet ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Der Drehsensor weist einen Kreisel auf. Durch die Kreiselstabilisierung widersetzt sich der Kreisel einer Drehung des Geschosses, sodass aus einer Eigenschaft des Kreisels die Drehung des Geschosses ermittelt werden kann. Die Kreiselachse ist hierbei zweckmäßigerweise parallel zur Geschossachse, die – unter Nichtberücksichtigung einer Nutation – parallel zur Flugrichtung des Geschosses ist.
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Übliche Lage sensierende Kreiselsysteme verwenden Drehmomentgeber, die auf den Kreisel eine Präzessionsbewegung aufbringen, um diesen stets in seiner Ruhelage zu halten. Zur Vereinfachung des Kreisels kann auf solche Drehmomentgeber verzichtet werden, insbesondere wenn das Geschoss drallstabilisiert ist. Bei einem ballistischen Flug und insbesondere bei einem drallstabilisierten Flug sind die Drehgeschwindigkeiten der Rollachse des Geschosses relativ gering oder – bei Berücksichtigung einer Nutation – die Winkelamplituden klein. Ein Sensieren einer Drehung des Geschosses kann anhand der Auslenkung des Kreisels aus seiner Ruhelage bzw. der Kreiselachse aus ihrer Ruherichtung relativ zu einem gehäusefesten Element des Geschosses einfach ermittelt werden. Hierzu ist ein Sensor vorteilhafterweise dazu vorgesehen, eine Auslenkung des Kreisels aus seiner Ruhelage zu bestimmen. Die Ruhelage ist relativ zu einem gehäusefesten Element bestimmt, das ein Kreiselgehäuse oder ein anderes Gehäuse, z. B. ein Geschossgehäuse sein kann.
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Besonders einfach kann eine Verkippung der Kreiselachse erkannt werden, wenn der Sensor dazu vorgesehen ist, die Lage des Kreisels relativ zu einem gehäusefesten Element aus einem Abstand eines Sensorelements zum Kreisel zu bestimmen. Der Abstand kann induktiv erfasst werden, zweckmäßigerweise mit mehreren Sensorelementen, die besonders einfach mit Hilfe einer Brückenschaltung ausgelesen werden können.
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Vorteilhafterweise ist der Kreisel so in einem Gehäuse gelagert, dass bei einer kontinuierlichen Drehung der Geschossachse ein Gleichgewicht zwischen einem Kippmoment, das eine zunehmende Verkippung der Kreiselachse relativ zum Element bewirkt, und einer durch eine Gasdämpfung bewirkte Rückstellkraft des Kreisels erreicht wird. Durch die Gasdämpfung kann am Kreiselelement ein um 90° zur Verkippung versetztes Drehmoment bzw. eine Rückstellkraft erzeugt werden, das z. B. proportional zur Auslenkung wächst. Dieses Drehmoment bewirkt eine Präzessionsbewegung des Kreisels, die entgegen der Auslenkung der Rotationsachse des Kreisels wirkt.
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Durch die Gasdämpfung kann das stetige weitere Zunehmen der Verkippung gestoppt werden, wobei die Gleichgewichtslage der Rotationsachse des Kreisels proportional zu einer Krümmung der Flugbahn bzw. Drehgeschwindigkeit der Geschossachse ist. Der Kreisel ist hierbei zweckmäßigerweise so ausgeführt, dass die Verkippung der Rotationsachse aus einer Symmetrielage bzw. Ruhelage bei einer Rotationsfrequenz zwischen 100 Hz und 400 Hz und einer Drehbewegung der Geschossachse zwischen 1° und 5°/s ein Verkippwinkel der Rotationsachse von 1° bis 2° erreicht wird.
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Bei einer Rotation des Geschosses um seine Rollachse vollführt die Rotationsachse des Kreisels eine Drehbewegung um die Symmetrieachse des Kreisels bzw. die Geschossachse in der Frequenz der Rotation des Geschosses. Zur Bestimmung der Lage des Geschosses im Raum ist das Auswertemittel vorteilhafterweise dazu vorgesehen, die Rolllage aus einer Phasenlage einer Rotation des Kreiselelements relativ zu einem gehäusefesten Element zu bestimmen. Da die Phasenlage der Rotation proportional zur Rolllage des Geschosses ist, kann durch die Bestimmung der Phasenlage die Rolllage des Geschosses im Raum erfasst werden.
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Aus der Amplitude der Verkippung des Kreisels kann die Drehgeschwindigkeit der Geschossachse bestimmt werden. Da diese am Scheitelpunkt der ballistischen Flugbahn am größten ist, nimmt die Drehgeschwindigkeit erst zu und nach dem Scheitelpunkt wieder ab. Aus dem Amplitudengradienten einer Verkippung der Kreiselachse kann somit eine Flugachse des Geschosses durch das Auswertemittel vorteilhaft bestimmt werden.
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Vorteilhafterweise ist das Lenkmodul ein Lenkmodul für ein Drallgeschoss. Durch die Drallstabilisierung des Geschosses kann ein stabile Flugbahn erreicht und Winkelamplituden einer Verkippung des Kreisels können gering gehalten werden.
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Zu einer möglichst präzisen Lenkung des Geschosses umfasst dieses zweckmäßigerweise einen Geschosskopf, der relativ zu einem Geschossrumpf um eine Geschossachse drehbar ist. Zum Lenken kann der Geschosskopf mit Flügeln versehen sein, die einerseits eine Rotation des Geschosskopfes um die Geschossachse bremsen und andererseits zur Lenkung des Geschosses beweglich ausgeführt sind und insbesondere durch das Auswertemittel in ihrer Position ansteuerbar sind. Zweckmäßigerweise ist das Lenkmodul im Geschosskopf angeordnet.
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Auf einen Antriebsmotor des Kreisels kann verzichtet werden, wenn der Kreisel im Geschosskopf gelagert und drehfest mit dem Geschossrumpf verbunden ist. Der Kreisel kann hierdurch eine Drallrotation von beispielsweise 300 Hz ausführen, wohingegen der Geschosskopf mit nur beispielsweise 10 Hz rotiert. Der Geschossrumpf fungiert somit als Kreiselmotor, der den Kreisel während des gesamten Flugs antreibt.
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Es wird außerdem vorgeschlagen, dass der Kreisel kardanisch federgelagert ist. Hierdurch kann der Kreisel besonders reibungsarm gelagert sein. Um Rückstellkräfte auf den Kreisel, die durch die Federlagerung bewirkt werden, möglichst gering zu behalten, umfasst der Kreisel vorteilhafterweise magnetische Elemente zur zumindest teilweisen passiven Kompensation der Federkraft der kardanischen Federlagerung. Neben der Kompensation der Federrückstellmomente bedingt durch die magnetischen Elemente kommt noch eine Kompensation aufgrund der dynamischen Momente des Kardanrahmens hinzu. Diese Effekte sind von der Technologie der dynamisch abgestimmten Kreisel bekannt.
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Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf ein Verfahren zum Lenken eines ballistischen Geschosses. Es wird vorgeschlagen, dass mit einem auf eine Drehung der Geschossachse empfindlichen Drehsensor eine Rolllage des Geschosses bestimmt wird. Es kann mit einfachen Mitteln und zuverlässig eine Lage des Geschosses im Raum erkannt und das Geschoss in eine gewünschte Richtung gelenkt werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung und die Beschreibung enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
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Es zeigen:
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1 ein Artilleriegeschoss auf einer ballistischen Flugbahn,
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2 eine Drehgeschwindigkeit einer Geschossachse des Geschosses aus 1 aufgetragen gegen eine Flugentfernung des Geschosses,
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3 einen Längsschnitt durch einen Geschosskopf des Geschosses,
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4 eine schematische Darstellung zu einer Auslenkung eines Kreiselelements im Geschosskopf und
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5 Phasenlagen von Signalen, aus denen eine Rolllage des Geschosses bestimmt wird.
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1 zeigt ein Geschoss 2, das ein drallbehaftetes Artilleriegeschoss ist, auf einer ballistischen Flugbahn 4. Das Geschoss 2 wurde aus einem Artilleriegeschütz abgeschossen und fliegt ohne eigenen Antrieb in einer Flugrichtung 6 auf der näherungsweise parabelförmigen Flugbahn 4. Hierbei dreht sich eine Geschossachse 8 (s. 3) die – unter Vernachlässigung einer Nutation des Geschosses 2 – parallel zur Flugrichtung 6 ist, kontinuierlich um eine durch das Geschoss 2 verlaufende Drehachse 10. Diese Drehung 12 ist durch einen Pfeil angedeutet.
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Das Geschoss 2 umfasst einen Geschossrumpf 14 und einen daran befestigten Geschosskopf 16, der relativ zum Geschossrumpf 14 um die Geschossachse 8 drehbar gelagert ist. Der Geschosskopf 16 ist mit vier Flügen 18 versehen, die eine Rotation des Geschosskopfes 16 um die Geschossachse 8 auf dem drallbehafteten Flug des Geschosses 2 bremsen. Rotiert beispielsweise der Geschossrumpf 14 mit 300 Hz um die Geschossachse 8, so rotiert der Geschosskopf 16 nur mit 10 Hz um die Geschossachse 8. Die Flügel 18 sind relativ zu einem Gehäuse 20 (s. 3) beweglich gelagert und durch Aktuatoren ansteuerbar beweglich, sodass das Geschoss 2 durch ihre Bewegung gelenkt werden kann. Die Aktuatoren werden durch ein Steuermittel angesteuert, das einen Empfänger zum Empfangen von Ortskoordinaten, beispielsweise GPS-Daten, aufweist, sodass das Geschoss anhand der Ortskoordinaten in ein vorher festgelegtes oder per Datenfernübertragung mitgeteiltes Ziel steuerbar ist.
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2 zeigt ein Diagramm, auf dem eine Drehgeschwindigkeit dα/dt in Grad/Sekunde gegen eine Flugentfernung in Metern aufgetragen ist. Kurz nach dem Abschuss des Geschosses 2 beträgt die Drehgeschwindigkeit des Geschosses 2 um die Drehachse 10 etwa 1°/s, um bis auf gut 2°/s am Kulminationspunkt der ballistischen Bahn anzusteigen und danach wieder abzufallen. Die Drehgeschwindigkeit dα/dt ist stets negativ und hat keinen Nulldurchgang, sodass sie kontinuierlich ist.
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In 3 ist der Geschosskopf 16 in einem Längsschnitt schematisch dargestellt. Im Gehäuse 10 ist ein Auswertemittel 22 angeordnet, das auch als Steuermittel für eine Lenkung des Geschosses dienen kann, und das mit einem Drehsensor 24 verbunden ist. Der Drehsensor 24 umfasst einen Kreisel 26 mit einem als Kreiselrotor ausgeführten Kreiselelement 28 und einen Sensor 30 mit vier Sensorelementen 32 zum Bestimmen einer Lage des Kreiselelements 28 relativ zu einem gehäusefesten Elements 34, z. B. dem Gehäuse 20 oder einem Gehäuse des Kreisels.
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Zum Erfassen dieser Auslenkung des Kreiselelements 28 aus seiner Ruhelage dient der Sensor 30 mit den vier Sensorelementen 32, die jeweils um 90° zueinander versetzt symmetrisch um die Geschossachse 8 angeordnet sind. Die Sensorelemente 32 tasten induktiv ihren Abstand zum Kreiselelement 28 ab, wobei ihre Abgriffe in einer Brückenschaltung miteinander verschaltet sind, die beispielsweise mit 30 kHz angeregt ist. Die Sensorelemente 32 umfassen jeweils zwei Signalabgriffe, die mit dem Auswertemittel 22 verbunden sind. Sie reichen durch das Gehäuse 34 des Kreisels 26, dessen Kreiselelement 28 an einer Aufhängung 36 kardanisch federgelagert ist. Die Aufhängung 36 ist drehfest mit dem Geschossrumpf 14 verbunden, so dass auch das Kreiselelement 28 drehfest mit dem Geschossrumpf verbunden ist und somit von diesem in seiner Rotation angetrieben wird. Der Kreisel 26 umfasst außerdem magnetische Elemente 38, die das Kreiselelement 28 aus seiner Ruhelage zu ziehen versuchen.
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Der Geschosskopf 16 bildet mit den in 3 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Flügeln 18, dem als Steuermittel dienenden Auswertemittel 22 und dem Drehsensor 24 ein Lenkmodul 40 zum Lenken des Geschosses 2 in ein Ziel. Hierzu wird die Rolllage des Geschosses 2 bzw. des Geschosskopfs 16 im Raum durch das Auswertemittel 22 bestimmt, wie im Folgenden beschrieben ist. Aus der bekannten Rolllage und der Flugrichtung 6, die aus Flugdaten, beispielsweise GPS-Daten, bekannt ist, bestimmt das Auswertemittel 22, welche Lenkmanöver, also ein Flug mehr nach oben, mehr nach unten, mehr nach rechts oder mehr nach links, durchgeführt werden müssen, um das Geschoss 2 möglichst nahe ans Ziel zu bringen. Aus einem Lenkmanöver werden Steuerstellungen der Flügel 18 bestimmt, die vom Auswertemittel 22 und nicht dargestellte Aktuatoren entsprechend in diese Position bewegt werden.
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4 zeigt einen Ausschnitt aus dem Geschosskopf 16 aus 3 mit dem Gehäuse 34 und dem Kreiselement 28. Bei einem Flug des Geschosses 2 in Flugrichtung 6 auf der Flugbahn 4 vollzieht die Geschossachse 8 eine kontinuierliche Drehung 12 um die Drehachse 10, wie in den 1 und 4 anhand eines Pfeils dargestellt ist. Durch die Drehung 12 und die schnelle Rotation des Kreiselelements 28 wird die Kreiselachse 42 des Kreiselelements 28 aus ihrer Ruhelage, in der die Kreiselachse 42 parallel zur Geschossachse 8 liegt, um einen Winkel β ausgelenkt.
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Durch die elastische, federgelagerte Aufhängung des Kreiselelements 28 wird eine ungewünschte Rückstellkraft auf das Kreiselelement 28 durch die Federlagerung ausgeübt. Dieser Rückstellkraft wirken die magnetischen Elemente 38 entgegen, die beispielsweise vierfach je 90° versetzt oder sechsfach je 60° versetzt um die Geschossachse 8 angeordnet sind. Die magnetischen Elemente 38 sind hierbei in ihrer magnetischen Stärke, Lage und geometrischen Ausformung so gestaltet, dass ihre Rückstellkräfte der federgelagerten kardanischen Aufhängung entgegenwirken und sie zweckmäßigerweise zumindest weitgehend eliminieren.
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Bei fortgesetzter Drehung der Geschossachse 8 um die Drehachse 10 würde die Kreiselachse 42 fortwährend stärker aus ihrer Ruhelage abgelenkt, der Winkel β mithin immer größer werden. Diesem auf das Kreiselement 28 wirkenden Kippmoment wirkt eine Gasdämpfung des Kreiselelements 28 entgegen. Diese Dämpfung wird durch Luft, die in einem Zwischenraum 44 zwischen dem Gehäuse 34 und dem Kreiselelement 28 ist, bewirkt, die durch die schnelle Rotation des Kreiselelements 28 mitgerissen wird und im Zwischenraum 44 um die Kreiselachse 42 rotiert. Diese Rotation 46 ist in 4 durch einen Pfeil angedeutet.
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Bedingt durch die Rotation wird die Luft im Zwischenraum 44 auf ihrem Weg zu einer Engstelle 48 komprimiert und auf dem Weg von der Engstelle 48 zu einem weiten Raum 50 des Zwischenraums 44 entspannt. Durch diese Druckverhältnisse im Zwischenraum 44 wird eine Druckkraft 52 und eine Zugkraft 54 um 90° versetzt zur Engstelle 48 bzw. Raum 50 auf das Kreiselelement 28 ausgeübt. Druckkraft 52 und Zugkraft 54 bewirken eine Präzession auf das Kreiselelement 28, die als Rückstellkraft 56 auf das Kreiselelement 28 wirkt. Die Rückstellkraft 56 und das durch die fortdauernde Drehung der Geschossachse 8 um die Drehachse 10 bewirkte Kippmoment sind gegenläufige Kräfte auf das Kreiselelement 28, die zu einer Gleichgewichtslage des Kreiselelements 28 bzw. einer Gleichgewichtsauslenkung der Kreiselachse 42 aus der Ruhelage führen. Die Auslenkung der Kreiselachse 42 ist hierbei proportional zur Drehgeschwindigkeit dα/dt, die in 2 dargestellt ist. Die Geometrie von Kreiselelement 28 und dem Gehäuse 34, bzw. allgemeiner: einem zum Gehäuse 20 des Lenkmoduls 40 festen Element, ist hierbei so ausgeführt, dass die Gleichgewichtslage bzw. Gleichgewichtsauslenkung bei einer Drehgeschwindigkeit von 1°/s und einer Rotation des Geschosses 2 um die Geschossachse 8 von 300 Hz 1° beträgt. Auch andere Auslenkung zwischen 0,2° und 5° bei diesen Parametern können vorteilhaft sein.
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Durch die Verbindung des Geschosskopfs 16 mit dem Geschossrumpf 14 wirkt der Drall des Geschosses 2 auch auf den Geschosskopf 16, sodass sich dieser ebenfalls um die Geschossachse 8 dreht, allerdings durch die Flügel 18 mit einer weitaus niedrigeren Frequenz, beispielsweise 10 Hz. Mit dieser Geschwindigkeit dreht auch das Gehäuse 34 relativ zur ausgelenkten Kreiselachse 42. Wird das Gehäuse 20 oder Gehäuse 34 als Grundlage für ein Koordinatensystem verwendet, dreht die Kreiselachse 42 mit der Rotationsfrequenz des Geschosskopfs 16 um die Geschossachse 8.
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5 zeigt die Signale bzw. Abtastergebnisse zweier Sensorelemente 32, die um 90° zueinander versetzt und benachbart angeordnet sind. Eines der Sensorelemente 32 ist in y-Richtung und der andere in z-Richtung zur Geschossachse 8 gelagert, die selbst in x-Richtung verläuft. Das Signal gibt den Abstand des Kreiselelements 28 zum entsprechenden Sensorelement 32 über die Zeit t aufgetragen wieder. Das Signal hat eine Wellenlänge von 100 Millisekunden die einer Rotationsfrequenz von 10 Hz des Geschosskopfs 16 entspricht.
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Die Lage des Kreiselelements 28 gegenüber dem Kreiselgehäuse 34 wird über die die induktiven Winkelgeber 32 ermittelt. Mit diesen Winkelgebern 32 kann typischerweise der Winkelbereich mit 12 bit aufgelöst werden. Ausgehend von einem Winkelbereich von +/–2° entspricht dies einer Auflösung von 0,02 mrad. Je nach Feinauslegung der Dämpfungseigenschaften kann beispielsweise eine Drift bzw. Drehgeschwindigkeit von 2°/s zu einer Auslenkung von einem Grad führen und mit einer Genauigkeit von bis zu 10 bit aufgelöst werden. Durch die langsame Rotation des Lenkmoduls 40 erzeugt die Auslenkung der Kreiselachse 42 von beispielsweise 1° ein Wechselsignal der beiden Winkelgeber 32. Aus der Frequenz des Signals dieser Sensorelemente 32 kann die Rollgeschwindigkeit bzw. Rollfrequenz genau bestimmt werden. Die Phasenlage eines Signals ist proportional zur Rolllage des Lenkmoduls 40.
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Das Signal wird vom Auswertemittel 22 auf Nullstellen 56, 58 ausgewertet, aus deren Lage bzw. zeitlichen Auftreten die Lage des Kreiselelements 28 relativ zum Gehäuse 20, 34 bestimmt werden kann. Aus dieser Lage und der bekannten Auslenkung der Kreiselachse 42 aus ihrer Ruhelage im Raum, die sich aus dem ballistischen Bahnverlauf ergibt, bestimmt das Auswertemittel 22 die aktuelle Rolllage des Geschosskopfs 16 im Raum, z. B. zu erdfesten Koordinaten. Aus der bekannten Rolllage im Raum können entsprechende Steuersignale für die Flügel 18 zum gewünschten Lenken des Geschosses 2 errechnet werden.
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Außerdem besteht die vorteilhafte Möglichkeit, dass das Auswertemittel 22 aus der Amplitude der Signale, die proportional zur Drehgeschwindigkeit der Drehung 12 der Geschossachse 8 um die Drehachse 10 ist, eine Flugphase des Geschosses 2 ermittelt. Bei zunehmender Drehgeschwindigkeit befindet sich das Geschoss 2 im Aufstieg, bei konstanter Drehgeschwindigkeit am Kulminationspunkt und bei abnehmender Drehgeschwindigkeit im Abstieg. Da der Aufstieg und der Abstieg zeitlich in etwa gleich lang oder in ihrer Dauer um einen bekannten Faktor verschieden sind, kann aus der Länge des Aufstiegs zusätzlich der Abstieg in zwei oder mehr Flugphasen eingeteilt werden, beispielsweise einen fernen Zielanflug und dann einen nahen Zielanflug, der z. B. maximal die Hälfte der Länge •des Abstiegs ist, und in dem mit Lenkmanövern begonnen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Geschoss
- 4
- Flugbahn
- 6
- Flugrichtung
- 8
- Geschossachse
- 10
- Drehachse
- 12
- Drehung
- 14
- Geschossrumpf
- 16
- Geschosskopf
- 18
- Flügel
- 20
- Gehäuse
- 22
- Auswertemittel
- 24
- Drehsensor
- 26
- Kreisel
- 28
- Kreiselelement
- 30
- Sensor
- 32
- Sensorelement
- 34
- gehäusefestes Element
- 36
- Aufhängung
- 38
- Magnetisches Element
- 40
- Lenkmodul
- 42
- Kreiselachse
- 44
- Zwischenraum
- 46
- Rotation
- 48
- Engstelle
- 50
- Raum
- 52
- Druckkraft
- 54
- Zugkraft
- 56
- Rückstellkraft
- 58
- Nullstelle
- 60
- Nullstelle
- α
- Winkel
- β
- Winkel
