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Die Erfindung betrifft eine Rohrwaffe mit einem Waffenrohr zum Verschießen von Munitionskörpern sowie ein Verfahren zum Messen von Verformungen eines Waffenrohres.
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Im Bereich insbesondere großkalibriger Waffensysteme, wie beispielsweise Maschinenkanonen, Artilleriegeschützen oder Kampfpanzern, weisen die entsprechenden Rohrwaffen ein eine vergleichsweise große Länge aufweisendes Waffenrohr zum Verschießen der jeweiligen Munitionskörper auf. Üblicherweise ist das Waffenrohr um eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Elevationsrichtachse schwenkbar gelagert, von welcher aus sich das Waffenrohr ohne weitere Abstützpunkte bis hin zur Mündung des Waffenrohres erstreckt.
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Bei derartigen Rohrwaffen hat es sich als nachteilig erwiesen, dass das Waffenrohr aufgrund dessen Länge sowie dessen teilweise erheblichen Eigengewichts nach unten durchhängt.
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Der größte Durchhang ergibt sich erfahrungsgemäß bei einem Elevationswinkel von 0°, d. h. bei einem horizontal ausgerichteten Waffenrohr, wobei sich der Rohrdurchhang beim Richten der Waffe hin zu größeren Elevationswinkeln reduziert, so dass sich eine kleinere Verformung des Waffenrohres ergibt.
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Neben dem Elevationswinkel ist die Verformung des Waffenrohres zudem von den jeweiligen Umweltbedingungen abhängig. Beispielsweise kann sich die Oberseite des Waffenrohres infolge starker Sonneneinstrahlung aufwärmen und stärker ausdehnen, als die dem Boden zugewandte, im Schatten liegende Unterseite des Waffenrohres, wodurch sich ein vergrößerter Rohrdurchhang ergibt. In Fällen, in welchen die Sonneneinstrahlung seitlich auf das Waffenrohr trifft, kann dieses sich auch zur Seite hin verformen. In winterlichen Situationen, etwa im Falle einer auf der Oberseite des Waffenrohres liegenden Schneedecke, kann es ebenfalls zu umweltbedingten Verformungen des Waffenrohres kommen.
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Zwar bewegen sich die sich infolge dieser Verformungen, verglichen mit einem ideal geraden Rohr, ergebenden Winkelabweichungen in einem absolut betrachtet sehr geringen Bereich, jedoch können diese Abweichungen, beispielsweise bei einem modernen Artilleriegeschütz mit einer Reichweite von bis zu 50 km, bereits zu erheblichen Abweichungen des Trefferbildes führen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Rohrwaffe wie auch ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchen sich eine verbesserte Treffergenauigkeit ergibt.
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Diese Aufgabe wird bei einer Rohrwaffe der eingangs genannten Art durch eine Strahlquelle und einen Strahlempfänger gelöst, wobei über die Strahlquelle ein entlang des Waffenrohres verlaufender Messstrahl aussendbar ist, der zur Messung von Verformungen des Waffenrohres von dem Strahlempfänger empfangbar ist.
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Der entlang des Waffenrohres zwischen der Strahlquelle und dem Strahlempfänger verlaufende Messstrahl erstreckt sich stets ideal geradlinig. Eine Verformung des Waffenrohres führt jedoch zu einer Relativbewegung zwischen der Strahlquelle und dem Strahlempfänger, anhand welcher sich Rückschlüsse auf die jeweilige Verformung ziehen lassen. Auf diese Weise wird es mit einfachen Mitteln ermöglicht, in einem automatisierten Verfahren Rückschlüsse auf die aktuelle Verformung des Waffenrohres ziehen zu können und diese Erkenntnisse bei der Berechnung einer Feuerleitlösung als Korrekturwert mit einfließen zu lassen. Hierdurch lässt sich eine gegenüber herkömmlichen Rohrwaffen deutlich verbesserte Treffergenauigkeit erreichen.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Strahlquelle ein Laser-Emitter ist. Laserstrahlen eignen sich aufgrund ihres geringen Divergenzwinkels, d. h. jenes Winkels, um den sich der Laserstrahl entlang seiner optischen Achse aufweitet, insbesondere als Messstrahlen. Zudem ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung möglich, einen Laser-Emitter zu verwenden, dessen Wellenlänge im für das menschliche Auge nicht sichtbaren Bereich liegt, beispielsweise im Infrarotbereich, so dass der Messstrahl und damit die Rohrwaffe auch bei Nacht nicht zu erkennen ist. Denkbar wäre zum Beispiel ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm.
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In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Strahlempfänger eine Empfangsfläche aufweist und insbesondere als Photodiode ausgebildet ist. Alternativ wäre auch ein flächiger CCD-Chip als Strahlempfänger möglich. Bei einer Positionsänderung des Strahlempfängers relativ zur Strahlquelle ändert sich der Einstrahlpunkt des Messstrahls auf der Empfangsfläche. Hieraus lassen sich Rückschlüsse über die Verformung des Waffenrohres ziehen. Vorteilhaft sollte die Empfangsfläche derart bemessen sein, dass der Einstrahlpunkt selbst bei dem größtmöglich anzunehmenden Rohrdurchhang sowie der größtmöglich anzunehmenden seitlichen Verformung des Waffenrohres noch auf die Empfangsfläche trifft.
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Eine weitere Ausführung sieht vor, dass das Waffenrohr um eine sich im Wesentlichen horizontal erstreckende Elevationsachse höhenrichtbar ausgeführt ist, wobei die Strahlquelle und der Strahlempfänger gemeinsam mit dem Waffenrohr höhenrichtbar sind. Auf diese Weise werden die Strahlquelle und der Strahlempfänger beim Richten des Waffenrohres stets mit gerichtet. Die Richtbewegung selbst vermag daher keinen Einfluss auf die relative Lage zwischen Strahlquelle und Strahlempfänger auszuüben, so dass nur die sich infolge des Elevierens ergebende Verformung bzw. die Änderung des Rohrdurchhangs detektiert wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Strahlquelle oder der Strahlempfänger im Bereich der Mündung des Waffenrohres angeordnet sind. Die Mündung bildet das freie Ende des Waffenrohres und eignet sich insoweit zur Anordnung der Strahlquelle oder alternativ des Strahlempfängers, da sich durch die Positionierung eines dieser Elemente im Mündungsbereich lange Messstrecken und damit hohe Genauigkeiten erreichen lassen.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Strahlquelle oder der Strahlempfänger an einem von dem Bereich der Mündung des Waffenrohres in Richtung des ladeseitigen Endes des Waffenrohres beabstandeten Punkt angeordnet ist. Wenn beispielsweise im Bereich der Mündung der Strahlempfänger angeordnet ist, wird die Strahlquelle in Richtung des ladeseitigen Endes des Waffenrohres beabstandet angeordnet oder umgekehrt. Bei dieser Ausführung trifft der von der Strahlquelle ausgesandte Messstrahl direkt auf den Strahlempfänger.
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Alternativ wird vorgeschlagen, dass im Bereich der Mündung des Waffenrohres ein Strahlumlenker angeordnet ist, wobei die Strahlquelle und der Strahlempfänger an einem in Richtung des ladeseitigen Endes des Waffenrohres beabstandeten Punkt angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung trifft der von der Strahlquelle ausgesandte Messstrahl indirekt über den Strahlumlenker auf den Strahlempfänger. Diese Ausgestaltung bietet den konstruktiven Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, im Bereich der Mündung des Waffenrohres eine elektrische Kontaktierung für entweder die Strahlquelle oder den Strahlempfänger mit den zugehörigen Kabelführungen usw. vorzusehen. Zudem vergrößert sich die Messstrecke, d. h. der vom Messstrahl zurückgelegte Messweg, so dass auch bereits kleinere Verformungen mit großer Genauigkeit erfasst werden können. Zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit ist es in weiterer Ausgestaltung auch möglich, mehrere Strahlumlenker vorzusehen. Insbesondere können zusätzlich zu dem am Mündungsende vorgesehenen Strahlumlenker weitere Strahlumlenker im Bereich des Mündungsendes und im Bereich der Strahlquelle bzw. des Strahlempfängers vorgesehen werden, wodurch dann der Messstrahl nach Verlassen der Strahlquelle zunächst zick-zack-förmig zwischen den Strahlumlenkern verläuft, bevor er auf den Strahlempfänger trifft.
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In konstruktiver Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das der Mündung gegenüberliegende Ende des Waffenrohres in einem um eine Elevationsachse schwenkbar gelagerten Lagerteil aufgenommen ist, wobei die Strahlquelle, der Strahlempfänger oder die Strahlquelle und der Strahlempfänger an dem Lagerteil angeordnet sind. Das Lagerteil hat sich als in konstruktiver Hinsicht besonders vorteilhafter Anordnungspunkt für die Strahlquelle und/oder den Strahlempfänger erwiesen.
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Schließlich wird in weiterer Ausgestaltung der Rohrwaffe vorgeschlagen, dass der Strahlempfänger mit einer Auswerteelektronik zur Ermittlung des Rohrdurchhangs anhand des Einstrahlpunkts des Messstrahls auf dem Strahlempfänger verbunden ist. Über die Auswerteelektronik lässt sich der Rohrdurchhang zum einen sehr schnell ermitteln, zum anderen kann die Ermittlung des Rohrdurchhangs automatisiert erfolgen, so dass Bedienfehler durch den Richtschützen ausgeschlossen sind.
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Darüber hinaus wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, dass eine Strahlquelle einen entlang des Waffenrohres verlaufenden Messstrahl aussendet, der zur Messung der Verformung von einem Strahlempfänger empfangen wird.
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Der entlang des Waffenrohres zwischen der Strahlquelle und dem Strahlempfänger ausgesandte Messstrahl erstreckt sich stets ideal geradlinig. Eine Verformung des Waffenrohres führt jedoch zu einer Relativbewegung zwischen der Strahlquelle und dem Strahlempfänger, anhand welcher sich Rückschlüsse auf die jeweilige Verformung ziehen lassen. Auf diese Weise wird es mit einfachen Mitteln ermöglicht, in einem automatisierten Verfahren Rückschlüsse auf die aktuelle Verformung des Waffenrohres ziehen zu können und diese Erkenntnisse bei der Berechnung einer Feuerleitlösung als Korrekturwert mit einfließen zu lassen. Hierdurch lässt sich eine gegenüber herkömmlichen Rohrwaffen deutlich verbesserte Treffergenauigkeit erreichen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Strahlquelle ein den Messstrahl emitierender Laser-Emitter ist. Laserstrahlen eignen sich aufgrund ihres geringen Divergenzwinkels insbesondere als Messstrahlen. Zudem ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung möglich, einen Laser-Emitter zu verwenden, dessen Wellenlänge im für das menschliche Auge nicht sichtbaren Bereich liegt, beispielsweise im Infrarotbereich, so dass der Messstrahl und damit die Rohrwaffe auch bei Nacht nicht zu erkennen ist. Denkbar wäre zum Beispiel ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm.
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In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Strahlempfänger eine Empfangsfläche aufweist und insbesondere als Fotodiode ausgebildet ist. Alternativ wäre auch die Verwendung eines flächigen CCD-Chips als Strahlempfänger möglich. Bei einer Positionsänderung des Strahlempfängers relativ zur Strahlquelle ändert sich der Einstrahlpunkt des Messstrahls auf der Empfangsfläche. Hieraus lassen sich Rückschlüsse über die Verformung des Waffenrohres ziehen. Vorteilhaft sollte die Empfangsfläche derart bemessen sein, dass der Einstrahlpunkt selbst bei dem größtmöglich anzunehmenden Rohrdurchhang bzw. bei größtmöglicher seitlicher Verformung noch auf die Empfangsfläche trifft.
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Mit einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass mittels einer Auswerteelektronik anhand des Einstrahlpunktes des Messstrahls auf dem Strahlempfänger die Verformung des Waffenrohres ermittelt wird.
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Schließlich wird vorgeschlagen, dass die ermittelte Verformung von einem Feuerleitrechner bei der Berechnung einer Feuerleitlösung als Korrekturwert mit eingerechnet wird. Über die Auswerteelektronik lässt sich die Verformung zum einen sehr schnell ermitteln, zum anderen kann die Ermittlung der Verformung automatisiert erfolgen, so dass Bedienfehler durch den Richtschützen ausgeschlossen sind.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Rohrwaffe sowie eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Darin zeigen:
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1 eine Rohrwaffe in seitlicher Ansicht,
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2 die Rohrwaffe aus 1 in perspektivischer Darstellung,
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3 eine vergrößerte Detailansicht gemäß der in 2 mit III bezeichneten Einzelheit,
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4 eine vergrößerte Detailansicht gemäß der in 2 mit IV bezeichneten Einzelheit,
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5 eine der Darstellung in 3 entsprechende Ansicht einer weitern Ausführungsform und
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6 eine der Darstellung in 4 entsprechende Ansicht der Ausführungsform gemäß 5.
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1 zeigt eine Rohrwaffe 1, die in einer Turmlafette 10 eines Artilleriegeschützes sowohl um eine sich im Wesentlichen vertikal erstreckende Azimutrichtachse A wie auch eine sich im Wesentlichen horizontal erstreckende Elevationsrichtachse E richtbar gelagert ist. Zu erkennen ist ein Lagerteil 9, welches über eine in den Figuren nicht dargestellte Schildzapfenlagerung um die Elevationsrichtachse E richtbar gelagert ist und in welchem die Rohrwaffe 1 aufgenommen ist.
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Wie bereits die Darstellung in 1 erahnen lässt, hängt das Waffenrohr 2 der Rohrwaffe 1 bereits aufgrund dessen erheblichen Eigengewichts wie auch dessen erheblicher Länge nach unten durch, d. h. die Rohrselenachse R verläuft nicht ideal geradlinig, sondern weist einen nach unten durchgebogenen Verlauf auf.
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Diese Verformung ist vom Elevationswinkel wie auch verschiedenen Umweltbedingungen abhängig und kann insbesondere bei modernen Waffensystemen mit langen Waffenrohren 2 und großen Reichweiten zu einer erhöhten Trefferungenauigkeit führen, weshalb zur Erfassung des momentanen Rohrdurchhangs erfindungsgemäß ein Messstrahl entlang des Waffenrohres 2 geschickt wird. Neben dem Rohrdurchhang, d. h. der Verformung des Waffenrohres 2 in vertikaler Richtung, können auch seitliche Verformungen des Waffenrohres 2 über den Messstrahl erfasst werden. Auch können sich infolge von Schwingungen des Waffenrohres, beispielsweise beim Kadenzschießen, ergebende Verformungen erfasst werden.
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Wie zunächst die Darstellung in 1 erkennen lässt, ist im Bereich des freien Endes des Waffenrohres 2 eine über eine schellenartige Halterung 6 montierte Strahlquelle 3 vorgesehen, vgl. auch 4. Bei dieser handelt es sich um einen monochromatischen Laseremitter, der beim Ausführungsbeispiel derart ausgestaltet ist, dass er einen im für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlängenbereich liegenden Messstrahl emittiert. Der Messstrahl wird ausgehend vom Mündungsende des Waffenrohres 2 in Richtung eines gegenüber der Position der Strahlquelle 3 beabstandeten Punktes gesandt, an welchem der Strahlempfänger 4 angeordnet ist. Beim Ausführungsbeispiel ist der Strahlempfänger 4 an dem Lagerteil 9 bzw. an einer senkrecht zur Rohrselenachse R ausgerichteten Stirnfläche des Lagerteils 9 angeordnet.
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Wie die vergrößerten Darstellungen in 3 und 4 veranschaulichen, kommt es bei einer Änderung des Rohrdurchhangs, beispielsweise infolge einer Änderung des Elevationswinkels, zu einer Änderung der Relativlage der Strahlquelle 3 gegenüber dem Strahlempfänger 4. Dies hat zur Folge, dass der Einstrahlpunkt M des Messstrahls über den Strahlempfänger 4 wandert. Aus der Lageänderung des Einstrahlpunkts M auf der Empfangsfläche 5 des Strahlempfängers 4 lassen sich Rückschlüsse auf die aktuelle Verformung des Waffenrohres 2 schließen.
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Alternativ zu der vorbeschriebenen Ausführung ist es ebenso denkbar, dass der Strahlempfänger 4 im Bereich des Mündungsendes 8 angeordnet ist und die Strahlquelle 3 im Bereich des Lagerteils 9 angeordnet ist.
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Die 5 und 6 zeigen schließlich eine weitere Ausführungsform, bei welcher im Bereich der Mündung 8 des Waffenrohres 2 ein Umlenkelement 7 vorgesehen ist. Bei dem Umlenkelement 7 kann es sich insbesondere um einen Umlenkspiegel handeln. In den 5 bzw. 6 sind sowohl die Strahlquelle 3 als auch der Strahlempfänger 4 in einer von dem Mündungsende 8 des Waffenrohres 2 beabstandeten Punkt an dem Lagerteil 9 festgelegt. Der von der Strahlquelle emitierte Messstrahl trifft daher nicht direkt auf den Strahlempfänger 4, sondern erst nach erfolgter Umlenkung durch den Strahlumlenker 7. Der Effekt ist jedoch der gleiche. Der Strahlumlenker 7 ändert in für die Verformung des Waffenrohres charakteristischer Weise seine relative Lage gegenüber der Strahlquelle 3 und dem Strahlempfänger 4, was zu einer Veränderung der Lage des Einstrahlpunktes M des Messstrahls auf der Empfangsfläche 5 des Strahlempfängers 4 führt. Auch aus dieser Positionsänderung lassen sich rechnerisch Rückschlüsse über die momentane Verformung des Waffenrohres 2 schließen. Vorteil dieser Anordnung ist, dass sich durch die Umlenkung über den Strahlumlenker 7 ein verlängerter Messweg ergibt. Auch ist es nicht erforderlich, im Bereich des Mündungsendes 8 des Waffenrohres 2 eine elektrische Kontaktierung mit der dazu erforderlichen Kabelführung entlang des Waffenrohres 2 vorzusehen.
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Die über den Strahlempfänger 4 detektierte Positionsänderung des Einstrahlpunktes M auf der Empfangsfläche 5 des Strahlempfängers kann über eine geeignete Auswerteelektronik in Echtzeit Aufschluss über die jeweilige Verformung des Waffenrohres 2 geben. Diese Information kann elektronisch an die Waffensteuerung weitergeleitet und bei der Berechnung einer Feuerleitlösung berücksichtigt werden, wodurch sich eine verbesserte Treffergenauigkeit ergibt.
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Die vorstehend beschriebene Rohrwaffe wie auch das zugehörige Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass die jeweils aktuelle Verformung des Waffenrohres mit großer Genauigkeit ermittelbar ist. Die Ermittlung der Verformung und entsprechende Berechnung einer Feuerleitlösung kann automatisiert erfolgen, so dass Fehler des Richtschützen ausgeschlossen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohrwaffe
- 2
- Waffenrohr
- 3
- Strahlquelle
- 4
- Strahlempfänger
- 5
- Empfangsfläche
- 6
- Halterung
- 7
- Srahlumlenker
- 8
- Rohrmündung
- 9
- Lagerteil
- R
- Rohrselenachse
- E
- Elevationsrichtachse
- A
- Azimutrichtachse
- M
- Einstrahlpunkt
