DE102015016818A1 - Test rig for a shear control device, test bench unit with test object and simulation method - Google Patents
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Abstract
Ein Prüfstand für eine Schubsteuereinrichtung (30), insbesondere für eine Schubsteuereinrichtung eines unbemannten Flugkörpers, ist versehen mit – einer Trägervorrichtung (2) zur Aufnahme eines die zu prüfende Schubsteuereinrichtung (30) aufweisenden Prüflings (3), – einer Lagerungsanordnung (4) für die Trägervorrichtung (2), die zumindest einen Freiheitsgrad aufweist und die ausgestaltet ist, um eine Bewegung der Trägervorrichtung (2) um zumindest eine Achse (X, Y, Z) und/oder entlang zumindest einer der Achsen (X, Y, Z) zu ermöglichen; – Sensoren (5), die die Position und/oder die Bewegung der Trägervorrichtung (2) erfassen; – Aktuatoren (6), die mit der Trägervorrichtung (2) funktional gekoppelt sind und die mit einer Aktuator-Steuereinrichtung (60) zum Empfang von Aktuatorbefehlen verbunden sind; – einer Simulationseinrichtung (7) mit einem Simulationscomputer (70), wobei die Simulationseinrichtung (7) mit den Sensoren (5) und mit der Aktuator-Steuereinrichtung (60) zur Datenübertragung elektrisch leitend verbunden ist.A test stand for a thrust control device (30), in particular for a thrust control device of an unmanned missile, is provided with - a support device (2) for receiving a the thrust control device (30) to be tested specimen (3), - a storage arrangement (4) for the Carrier device (2), which has at least one degree of freedom and which is configured to move the carrier device (2) about at least one axis (X, Y, Z) and / or along at least one of the axes (X, Y, Z) enable; - Sensors (5), which detect the position and / or movement of the carrier device (2); - actuators (6) operatively coupled to the carrier device (2) and connected to an actuator control means (60) for receiving actuator commands; - A simulation device (7) with a simulation computer (70), wherein the simulation device (7) with the sensors (5) and with the actuator control device (60) for data transmission is electrically connected.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Prüfstand für eine Schubsteuereinrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Prüfstand für eine Schubsteuereinrichtung eines unbemannten Flugkörpers. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Prüfstandseinheit aus einem derartigen Prüfstand und einem Prüfling. Schließlich ist die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Simulation des Flugverhaltens eines mit einer Schubsteuereinrichtung, insbesondere einer Querschub-Steuereinrichtung, versehenen Prüflings, insbesondere eines Flugkörpers, mit einer Prüfstandseinheit gerichtet. Ein derartiger Prüfstand dient zum Testen einer Schubsteuereinrichtung, beispielsweise einer Querschub-Steuereinrichtung, im geschlossenen Regelkreis in einem Bodenversuch.The present invention relates to a test stand for a thrust control device. In particular, the invention relates to a test stand for a thrust control device of an unmanned missile. Furthermore, the invention relates to a test bench unit from such a test bed and a test object. Finally, the invention is also directed to a method for simulating the flight behavior of a test piece provided with a thrust control device, in particular a transverse thrust control device, in particular a missile, with a test bench unit. Such a test stand is used for testing a thrust control device, for example a transverse thrust control device, in a closed loop in a soil test.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Für Bodenversuche von Schubsteuereinrichtungen, insbesondere von Querschub-Steuereinrichtungen, werden bisher Prüfstände verwendet, in welchen der Prüfling in der Lage fixiert ist. Derartige Versuche erlauben nur das Messen der von der Schubsteuereinrichtung erzeugten Kräfte, welche einem vorprogrammierten Verlauf folgen. Eine Wechselwirkung zwischen der Gesamt-(Flugkörper-)Regelung und der Schubsteuereinrichtung kann nicht getestet werden.For soil tests of thrust control devices, in particular transverse thrust control devices, so far test stands are used in which the specimen is fixed in position. Such tests only allow the measurement of the forces generated by the thrust control device, which follow a preprogrammed course. An interaction between the overall (missile) control and the thrust control device can not be tested.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Prüfstand, eine Prüfstandseinheit aus einem mit einem Prüfling versehenen Prüfstand und ein Verfahren zur Simulation des Flugverhaltens eines mit einer Schubsteuereinrichtung versehenen Prüflings anzugeben, mit denen Wechselwirkungen zwischen der Schubsteuereinrichtung und deren Regelungseinrichtung realitätsnah am Boden getestet werden können.The object of the present invention is to provide a test stand, a test stand unit comprising a test stand provided with a test specimen and a method for simulating the flight behavior of a test specimen provided with a thrust control device, with which interactions between the thrust control device and its control device can be tested on the ground close to reality.
Der auf den Prüfstand gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst durch einen Prüfstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The directed to the test part of the problem is solved by a test stand with the features of claim 1.
Ein erfindungsgemäßer Prüfstand für eine Schubsteuereinrichtung, insbesondere für eine Schubsteuereinrichtung eines unbemannten Flugkörpers, ist versehen mit einer Trägervorrichtung zur Aufnahme eines die zu prüfende Schubsteuereinrichtung aufweisenden Prüflings, einer Lagerungsanordnung für die Trägervorrichtung, die zumindest einen Freiheitsgrad aufweist und die ausgestaltet ist, um eine Bewegung der Trägervorrichtung um zumindest eine Achse und/oder entlang zumindest einer der Achsen zu ermöglichen, mit Sensoren, die die Position und/oder die Bewegung der Trägervorrichtung erfassen, mit Aktuatoren, die mit der Trägervorrichtung funktional gekoppelt sind und die mit einer Aktuator-Steuereinrichtung zum Empfang von Aktuatorbefehlen verbunden sind, und mit einer einen Simulationscomputer aufweisenden Simulationseinrichtung, wobei die Simulationseinrichtung mit den Sensoren und mit der Aktuator-Steuereinrichtung zur Datenübertragung elektrisch leitend verbunden ist.An inventive test stand for a thrust control device, in particular for a thrust control device of an unmanned missile, is provided with a support device for receiving a to be tested thrust control device having test specimen, a storage arrangement for the support device, which has at least one degree of freedom and which is configured to a movement of the Carrier device to allow at least one axis and / or along at least one of the axes, with sensors that detect the position and / or movement of the carrier device, with actuators that are operatively coupled to the carrier device and with an actuator control device for receiving are connected by actuator commands, and with a simulation computer having a simulation device, wherein the simulation device with the sensors and with the actuator control device for data transmission is electrically connected.
VORTEILEADVANTAGES
Der erfindungsgemäße Prüfstand gestattet es, Funktionen und Parameter, welche herkömmlicherweise nur im Flugversuch testbar sind, auch in Bodenversuchen zu prüfen. Daraus ergibt sich eine signifikante Reduzierung der Kosten. Die auf dem erfindungsgemäßen Prüfstand durchgeführten Tests sind reproduzierbar, das heißt, dass beim Auftreten von Fehlern eine systematische Fehlersuche möglich ist. Dieser Prüfstand gestattet ferner die dedizierte Untersuchung von Kopplungseffekten auf die Regelung, zum Beispiel die Auswirkung von aus der Aerodynamik induzierten Rollmomenten auf die Nickebene und die Gierebene.The test stand according to the invention makes it possible to test functions and parameters which are conventionally testable only in flight tests, also in soil tests. This results in a significant reduction in costs. The tests carried out on the test bench according to the invention are reproducible, that is, systematic errors can be found when errors occur. This test stand also allows the dedicated investigation of coupling effects on the control, for example the effect of aerodynamically induced roll moments on the pitch plane and the yaw plane.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Prüfstands sind Gegenstand der Unteransprüche 2 und 3.Further preferred and advantageous design features of the test stand according to the invention are the subject of the
Vorteilhaft ist es, wenn die Lagerungsanordnung für die Trägervorrichtung zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, rotatorische Freiheitsgrade aufweist und so ausgebildet ist, dass die Trägervorrichtung um zumindest zwei der drei Achsen bewegbar ist.It is advantageous if the storage arrangement for the carrier device has at least two, preferably at least three, rotational degrees of freedom and is designed so that the carrier device is movable about at least two of the three axes.
Alternativ oder zusätzlich ist es von Vorteil, wenn die Lagerungsanordnung für die Trägervorrichtung zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, translatorische Freiheitsgrade aufweist und so ausgebildet ist, dass die Trägervorrichtung entlang zumindest zwei der drei Achsen bewegbar ist.Alternatively or additionally, it is advantageous if the storage arrangement for the carrier device has at least two, preferably at least three, translatory degrees of freedom and is designed such that the carrier device is movable along at least two of the three axes.
Der auf die Prüfstandseinheit gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst durch die Prüfstandseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 4, die einen erfindungsgemäßen Prüfstand aufweist, mit dessen Trägervorrichtung ein Prüfling verbunden ist.The directed to the test unit part of the object is achieved by the test unit with the features of claim 4, which has a test stand according to the invention, with the support device, a test object is connected.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Prüfstandseinheit sind Gegenstand der Unteransprüche 5 bis 9.Further preferred and advantageous design features of the test stand unit according to the invention are the subject matter of
Vorzugsweise weist die Schubsteuereinrichtung des Prüflings zumindest zwei Düsen auf, die von einer Druckgasquelle individuell regelbar mit Druckgas beaufschlagbar sind.Preferably, the thrust control device of the test specimen on at least two nozzles, which can be acted upon by a compressed gas source individually controllable with compressed gas.
Von Vorteil ist weiterhin, wenn der Prüfling mit einem Flugführungsrechner verbunden oder versehen ist. It is furthermore advantageous if the test object is connected or provided with a flight guidance computer.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfstandseinheit weist die Trägervorrichtung oder der von der Trägervorrichtung aufgenommene Prüfling eine Trägheitsnavigationseinrichtung auf, die die Schubsteuereinrichtung des Prüflings mit Trägheitsnavigationssignalen beaufschlagt.In an advantageous embodiment of the test stand unit according to the invention, the carrier device or the test object received by the carrier device has an inertial navigation device which acts on the thrust control device of the test object with inertial navigation signals.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Schubsteuereinrichtung des Prüflings mit der Simulationseinrichtung zur Datenübertragung elektrisch leitend verbunden ist.It is particularly advantageous if the thrust control device of the test object is electrically conductively connected to the simulation device for data transmission.
Der auf das Verfahren gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Simulation des Flugverhaltens eines mit einer Schubsteuereinrichtung versehenen Prüflings mit den Merkmalen des Anspruchs 10.The part of the object directed to the method is achieved by the method for simulating the flight behavior of a test piece provided with a thrust control device with the features of claim 10.
Dieses Verfahren zur Simulation des Flugverhaltens eines mit einer Schubsteuereinrichtung, insbesondere einer Querschub-Steuereinrichtung, versehenen Prüflings, insbesondere eines Flugkörpers, mit einer erfindungsgemäßen Prüfstandseinheit weist die folgenden Schritte auf:
- a) Berechnen von Flugbahndaten einer Flugbahn für einen zu simulierenden Flug eines die Schubsteuereinrichtung aufweisenden Prüflings anhand von vorgegebenen Missionsdaten durch den Simulationscomputer;
- b) Übersenden der berechneten Flugbahndaten vom Simulationscomputer an einen Flugführungsrechner, der mit der Schubsteuereinrichtung des Prüflings zur Datenübertragung verbunden ist;
- c) Berechnen von Lenkbefehlen durch den Flugführungsrechner anhand der empfangenen Flugbahndaten und anhand von Positions-, Lage- und/oder Bewegungsdaten des Prüflings;
- d) Umwandlung der Lenkbefehle in Stellkommandos für Steuerdüsen der Schubsteuereinrichtung und Übertragen dieser Stellkommandos an die Schubsteuereinrichtung.
- a) calculating trajectory data of a trajectory for a flight to be simulated by a specimen comprising the thrust control device on the basis of predetermined mission data by the simulation computer;
- b) transmitting the calculated trajectory data from the simulation computer to a flight guidance computer connected to the thrust control device of the device under test for data transmission;
- c) calculating steering commands by the flight guidance computer on the basis of the received trajectory data and on the basis of position, position and / or movement data of the test object;
- d) conversion of the steering commands in control commands for control nozzles of the thrust control device and transmitting these control commands to the thrust control device.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, Funktionen und Parameter, welche herkömmlicherweise nur im Flugversuch testbar sind, auch in Bodenversuchen mit einem erfindungsgemäß gestalteten Prüfstand zu prüfen und dessen bereits erwähnte Vorteile zu erzielen.With this method, it is possible to check functions and parameters which are conventionally testable only in flight tests, also in soil tests with a test stand designed according to the invention and to achieve its already mentioned advantages.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 11 bis 15.Further preferred and advantageous design features of this method according to the invention are the subject matter of subclaims 11 to 15.
Vorzugsweise werden mittels der Aktuator-Steuereinrichtung Aktuatorbefehle erzeugt, die an die Aktuatoren geleitet werden, um von außen auf den Prüfling einwirkende Störgrößen zu simulieren. Auf diese Weise können zum Beispiel aerodynamische Einflüsse oder Störungen bei einer Simulation berücksichtigt werden.Preferably, actuator commands are generated by means of the actuator control device, which commands are routed to the actuators in order to simulate disturbance variables acting externally on the test object. In this way, for example, aerodynamic influences or disturbances in a simulation can be taken into account.
Die Aktuatorbefehle werden dabei vorzugsweise aufgrund von Störgrößen-Simulationsbefehlen erzeugt, die von der Simulationseinrichtung an die Aktuator-Steuereinrichtung gesandt werden.The actuator commands are preferably generated on the basis of disturbance simulation commands which are sent from the simulation device to the actuator control device.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden die Positions-, Lage- und/oder Bewegungsdaten des Prüflings von einer Trägheitsnavigationseinrichtung ermittelt und an den Flugführungsrechner übertragen, wobei die Trägheitsnavigationseinrichtung Bestandteil des Prüflings oder einer Trägervorrichtung für den Prüfling ist.In an advantageous development of the method, the position, position and / or movement data of the test object are determined by an inertial navigation device and transmitted to the flight guidance computer, wherein the inertial navigation device is part of the test object or a support device for the test object.
Besonders von Vorteil ist es auch, wenn Kenngrößen und Leistungsparameter der Schubsteuereinrichtung, wie zum Beispiel der Verlauf von Kräften oder Momenten über die Zeit, mittels einer Messdaten-Erfassungseinrichtung gemessen und von einem Messdatencomputer verarbeitet und als Rückkoppeldaten an die Simulationseinrichtung weitergeleitet werden.It is also particularly advantageous if parameters and performance parameters of the thrust control device, such as the course of forces or moments over time, are measured by means of a measurement data acquisition device and processed by a measurement data computer and forwarded as feedback data to the simulation device.
Dabei sind vorzugsweise die Messdaten-Erfassungseinrichtung und die Simulationseinrichtung zeitsynchronisiert.In this case, the measured data acquisition device and the simulation device are preferably time-synchronized.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.Preferred embodiments of the invention with additional design details and other advantages are described and explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Es zeigt:It shows:
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELENPRESENTATION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Der gezeigte Prüfstand
Der Prüfling
Die Querschubeinheit
An der Trägervorrichtung
Aktuatoren
Des Weiteren ist eine Simulationseinrichtung
Die Aktuatoren
Die mit einem Flugkörper als Prüfling
Mit der im Simulationscomputer
Für die Lenkung und die Regelung erforderliche Beschleunigungen können innerhalb der 6-DOF-Simulation modelliert oder aus Messungen der Trägervorrichtung
Die relevanten Kenngrößen und Leistungsparameter der Querschubeinheit
Die mit dem Prüfling
Die Sensoren
Die Schubsteuereinrichtung
Eine andere schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Prüfstands
Der erfindungsgemäße Prüfstandsaufbau ermöglicht den Test einer Querschubeinheit im geschlossenen Regelkreis. Alternativ kann die Querschubeinheit nur über vorausberechnete Kommandos angesteuert werden, das heißt hier wird getestet ob die Querschubeinheit vorgegebenen Schub- und Kommandoverläufe folgen kann.The test rig construction according to the invention allows the test of a shear thrust unit in the closed loop. Alternatively, the lateral thrust unit can only be controlled by precalculated commands, that is, it is tested here whether the transverse thrust unit can follow predetermined thrust and command progress.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.Reference signs in the claims, the description and the drawings are only for the better understanding of the invention and are not intended to limit the scope.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Prüfstandtest bench
- 22
- Trägervorrichtungsupport device
- 33
- Prüflingexaminee
- 44
- Lagerungsanordnungbearing assembly
- 55
- Sensorensensors
- 66
- Aktuatorenactuators
- 77
- Simulationseinrichtungsimulation device
- 88th
- Messdaten-ErfassungseinrichtungData detecting means
- 3030
- SchubsteuereinrichtungBoost controller
- 3131
- Querschubeinheit (QSE)Transverse thrust unit (QSE)
- 3232
- Flugführungsrechner (FFR)Flight Guidance Calculator (FFR)
- 3333
- FlugregelungseinrichtungFlight control device
- 3434
- Trägheitsnavigationseinrichtung (IMU)Inertial Navigation Device (IMU)
- 5050
- Sensorsignal-AuswerteeinrichtungSensor signal evaluation
- 6060
- Aktuator-SteuereinrichtungActuator control means
- 7070
- Simulationscomputercomputer simulation
- 8080
- MessdatencomputerData computer
Claims (15)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102015016818.5A DE102015016818A1 (en) | 2015-12-23 | 2015-12-23 | Test rig for a shear control device, test bench unit with test object and simulation method |
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