DE102022001553A1

DE102022001553A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle des sicheren Einsatzes von Flugkörpern an Hubschraubern

Info

Publication number: DE102022001553A1
Application number: DE102022001553.6A
Authority: DE
Inventors: Robert Müller
Original assignee: Bundesministerium der Verteidigung
Current assignee: Bundesministerium der Verteidigung
Priority date: 2022-05-04
Filing date: 2022-05-04
Publication date: 2023-11-09

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle des sicheren Einsatzes von Flugkörpern an Hubschraubern, unter Verwendung einer Messvorrichtung umfassend eine erste Kamerahalterung, mit einer ersten Kamera und einer ersten Halterung, eine zweite Kamerahalterung, mit einer zweiten und dritten Kamera und einer zweiten Halterung, ein Bedienelement mit einer Auslöseeinrichtung, eine erste Speichereinheit, eine zweite Speichereinheit, einen Flugdatenrecorder, mindestens einem Gassensor und einer Auswerteeinheit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung und Auswertung des sicheren Einsatzes, der sicheren Separation und Positionierung der Lenkdrähte von Flugkörpern mit und ohne zusätzlichen Starttriebwerk bei Hubschraubern.
Militärische Hubschrauber können sowohl mit Waffentechnik als auch mit Täuschkörpern ausgestattet werden. Im Weiteren werden Waffen wie z. B. Raketen, Lenkflugkörper, Torpedos, Sonarbojen, Seezielmarkierer oder Maschinengewehre und die Täuschkörper als Flugkörper bezeichnet.
Für den Einsatz von Flugkörpern an einem Hubschrauber müssen die Flugkörper in Verbindung mit den Hubschraubern und den jeweiligen Flugmanövern zugelassen werden. Hierfür werden Flugerprobungsprogramme zusammengestellt, welche verschieden Flugmanöver beinhalten, um den sicheren Einsatz der Flugkörper bei verschiedenen Flugmanövern zu untersuchen.
Aus der EP 0938 231 A2 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Aufnahme und Auswertung von Bildern eines Gegenstandes bekannt.
Weiterhin ist aus der DE 20 2011 110 543 U1 ein Entfernungsmessender optoelektronischer Sensor, insbesondere eine Hochgeschwindigkeits-Kamera, zum Bestimmen von Entfernungen zwischen dem Sensor und einem Objekt, mit einer Lichtquelle zum Beleuchten des Sichtfeldes mit Lichtstrahlen und Erzeugen eines Beleuchtungsmusters mit determiniert Struktur bekannt.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2017 116 073 A1 ist ein Systemverbund zur Verbesserung der Fahrzeugumgebungserfassung bekannt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen sicheren Einsatz eines Flugkörpers an einem Hubschrauber für ein jeweiliges Flugmanöver festzustellen.
Diese Aufgabe wird durch technische Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Technisch vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, Beschreibung und den Zeichnungen.
Das Verfahren zur Kontrolle des sicheren Einsatzes, sicheren Separation und Position der Lenkdrähte von Flugkörpern an Hubschraubern verwendet ein Set umfassend:

• eine erste Kamerahalterung, mit einer ersten Kamera und einer ersten Halterung,
• eine zweite Kamerahalterung, mit einer zweiten und dritten Kamera und einer zweiten Halterung,
• ein Bedienelement mit einer Auslöseeinheit,
• eine erste Speichereinheit,
• eine zweite Speichereinheit,
• einen Flugdatenrecorder,
• mindestens einem Gassensor und
• eine Auswerteeinheit.

Das Set ist für verschiedene Hubschraubervarianten verwendbar, um den sicheren Einsatz von Flugkörpern bei unterschiedlichen Flugmanövern zu prüfen.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Anbringen der ersten und zweiten Kamerahalterung am Hubschrauber,
b) Unterbringen der ersten, zweiten Speichereinheit, des Bedienelements, des Flugdatenrecorders und des Gassensors im Hubschrauber,
c) optische Kalibrierung jeder Kamera zur Bestimmung der Bildweite und Gegenstandsgröße in Höhe der Rotorblattspitzenebene,
d) Durchführen eines Flugerprobungsprogrammes,
e) Durchführen eines vorgegebenen Flugmanövers innerhalb des Flugerprobungsprogramms mit Flugkörpereinsatz,
f) Aufzeichnen der Bilddaten der Kameras sowie der Daten des Gassensors,
g) Übertragen der Bilddaten auf die erste Speichereinheit mit einem Zeitstempel,
h) Auslösen der Auslöseeinheit nach der Durchführung des Flugmanövers,
i) Übertragen der Bilddaten einer festgelegten Zeitspanne vor dem Auslösezeitpunkt von der ersten Speichereinheit auf die zweite Speichereinheit,
j) Wiederholen der Schritte f bis j solange bis alle Flugmanöver durchgeführt wurden,
k) Erfassen der Flugkörper- und Flugdaten in einem Flugdatenrecorder mit einem Zeitstempel über das gesamte Flugerprobungsprogrammes,
l) nach dem durchführen des Flugerprobungsprogrammes werden die Bilddaten von der zweiten Speichereinheit und die Daten des Flugdatenrecorders in der Auswerteeinheit anhand der Zeitstempel zusammengeführt,
m) mittels der Auswerteeinheit wird die Einhaltung der Abstandsvorgaben zwischen Rotorblattspitze und Flugkörper sowie dessen ausgestoßene Fragmente für die jeweiligen Flugmanöver und die Gaskonzentration im Cockpit über den Flugversuch geprüft und kontrolliert.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, gleichzeitig verschiedene Größen korreliert zueinander zu erfassen. Zu den Größen gehören die Bestimmung der Rotorblattfreiheit, die Erfassung der Rotorblattbewegung bei unterschiedlichen Flugmanövern, die Ermittlung der kinetischen Energie von ausgestoßenen Fragmenten, die Bestimmung der Flugtrajektorie, die Rauchgasverteilung in dem Hubschrauber, Bestimmung des Zeitverzugs zwischen abkrümmen des Abzugs und der Waffenauslösung und der Zuordnung von Schäden an der Hubschrauberzelle.
Durch die Kameras wird der optische Bereich im visuellen, infraroten und ultravioletten abgedeckt Die Kameras können im Infrarotbereich das kurz, mittel und langwellige Infrarotlicht erfassen. Mit dem ultravioletten Bereich kann zum Beispiel eine Fehlauslösung des Missile Approach Warning-Sensors bei einem Flugkörpereinsatz ausgeschlossen werden.
Die erfassten Bilddaten werden während der Durchführung des Flugmanövers auf einen ersten Speicher geschrieben. Die Speicherung der Bilddaten auf den ersten Speicher ermöglicht eine einfache und schnelle Zuordnung der Bilddaten zu einem jeweiligen Flugmanöver bei der Auswertung, da diese nach der Durchführung des jeweiligen Flugmanövers auf den zweiten Speicher übertragen werden.
Die Übertragung der Daten von dem ersten Speicher auf den zweiten Speicher erfolgt durch die Auslösevorrichtung. Die Auslösung kann durch den Piloten erfolgen oder durch einen automatisierten Mechanismus, welcher das Ende des jeweiligen Flugmanövers erkennt. Nach der Betätigung der Auslösevorrichtung werden die Bilddaten vom ersten Speicher für eine festgelegte Zeitspanne von vor dem Zeitpunkt der Auslösung bis zum Zeitpunkt der Auslösung auf den zweiten Speicher geschrieben.
Der Flugdatenrecorder zeichnet die Flugdaten sowie die Flugkörperdaten mit Zeitstempel während der Durchführung des Flugerprobungsprogramms auf.
Die erste Kamerahalterung dient zur Anbringung auf der Bug-Nase des Hubschraubers, um die Flugrichtung nach vorne zu erfassen.
Die zweite Kamerahalterung wird seitlich an dem Hubschrauber angebracht. Die Kameras in der zweiten Kamerahalterung sind sowohl in Flugrichtung nach vorne als auch nach hinten ausgerichtet, um den Abgang des Flugkörpers sowie ein eventuelles Ausstoßen von Fragmenten erfassen zu können.
Der Gassensor dient zur Erfassung der Gaskonzentration in der Hubschrauberzelle. Hierdurch können schädliche Abgase wie zum Beispiel CO, CO₂ und NO_x im Cockpit durch den Flugkörpereinsatz gemessen werden. Bei Bedarf können auch mehrere Gassensoren im Cockpit zum Einsatz kommen, um die Verteilung der Gase im Cockpit besser bestimmen zu können.
Der Unteranspruch 2 beschreibt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Hierbei kann die Zeitspanne für die zu übertragenden Daten vom ersten Speicher auf den zweiten Speicher frei gewählt werden und kann während des Flugerprobungsprogramms angepasst werden. Dies ermöglicht eine schneller Auswertung der einzelnen Flugmanöver, da nur die Daten eines Flugmanövers übertragen werden ohne Überschneidungen mit anderen Flugmanövern.
Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 zeigt eine Anordnung einer Messvorrichtung zur Kontrolle des sicheren Einsatzes von Flugkörpern an Hubschraubern.
2 zeigt einen Hubschrauber mit Messvorrichtung, in einer seitlichen Ansicht.
3 zeigt die Heckansicht des Hubschraubers mit angebrachter Messvorrichtung.

1 zeigt die Anordnung der Messvorrichtung an einem Hubschrauber (1) mit einer Auswerteeinheit (80). Die Messvorrichtung für den Hubschrauber (1) umfasst dabei eine erste Kamerahalterung (10), eine zweite Kamerahalterung (20), ein Bedienelement (30), eine erste und zweite Speichereinheit (40, 50), einen Gassensor (70) sowie einen Flugdatenrecorder (60). Die erste Kamerahalterung weist eine erste Kamera (11) auf. Die zweite Kamerahalterung weist eine zweite und dritte Kamera (21, 22) auf. Die Bilddaten der erste und zweiten Kamerahalterungen (10, 20) ebenso wie die Daten des Gassensor (70) werden an die erste Speichereinheit (40) weitergeleitet. Darüber hinaus ist das Bedienelement (30) mit der ersten Speichereinheit (40) verbunden. Die erste Speichereinheit (40) ist mit zweiten Speichereinheit (50) verbunden. Sowohl die zweite Speichereinheit (50) als auch der Flugdatenrecorder (60) können mit der Auswerteeinheit (80) verbunden werden.
2 zeigt eine seitliche Ansicht eines Hubschraubers (1) mit einer ersten Kamerahalterung (10) angebracht an der Bug-Nase des Hubschraubers (1). Die zweite Kamerahalterung (20) ist seitlich an einem Stummelflügel angebracht.
3 zeigt den Hubschrauber (1) in einer Rückansicht. Die zweite Kamerahalterung (20) ist am Stummelflügel angebracht. Zudem ist ein zu untersuchender Flugkörper (2) neben der zweiten Kamerahalterung (20) am Stummelflügel angebracht.
Im Nachfolgenden wird der Funktionsablauf des Verfahrens näher beschrieben. Die erste und zweite Kamerahalterung wird an dem Hubschrauber angebracht. Im Hubschrauber wird das Bedienelement mit Auslösevorrichtung im Cockpit untergebracht. Außerdem wird der Gassensor im Cockpit verstaut. Die erste Speichereinheit und zweite Speichereinheit werden im Hubschrauber untergebracht ebenso wie der Flugdatenrecorder. Der Flugdatenrecorder für die Erfassung der Flugdaten und/oder Flugkörperdaten kann bereits im Hubschrauber festverbaut sein.
Es erfolgt die optische Kalibrierung der Messvorrichtung. Die Kalibrierung dient der genauen Bestimmung der Bildweite und Gegenstandsgröße in Höhe der Rotorblattspitzenebene, welche von einem Flugkörper durchflogen werden kann. Des Weiteren können durch die Kalibrierung optische Störelemente wie zum Beispiel Verzerrungen der Schutzscheiben für die Kameras oder Vignettierung herausgerechnet oder korrigiert werden. Die Kalibrierung wird dabei für jede Kamera mittels eines Kalibrierziels in einer definierten Entfernung durchgeführt.
Während der Durchführung des Flugerprobungsprogramms werden die jeweiligen Daten entsprechend mit Zeitstempel abgespeichert. Die Daten der Kameras sowie des Gassensors werden auf dem ersten Speicher zum Beispiel einem Ringspeicher gespeichert. Nach der Durchführung eines Flugmanövers mit Einsatz eines Flugkörpers, wird die Auslöseeinheit ausgelöst. Die Auslösung kann durch bestimmte Vorgaben erfolgen wie zum Beispiel des Vergleichs zwischen einem abgespeicherten und durchgeführten Flugmanövers. Im Bedarfsfall kann auch eine Auslösung über das Bedienelement durch den Piloten erfolgen. Mit der Auslösung werden die Daten von dem ersten Speicher auf den zweiten Speicher übertragen und gespeichert. Übertragen werden dabei die Daten für eine festgelegte Zeitspanne vor dem Auslösezeitpunkt bis zum Auslösezeitpunkt. Die Zeitspanne entspricht dabei mindestens dem durchgeführten Flugmanöver. Dieser Vorgang wird für die durchzuführenden Flugmanöver wiederholt. Zusätzlich werden während des gesamten Flugerprobungsprogramms die Flug- und Flugkörperdaten in einem Flugdatenrecorder mit einem Zeitstempel aufgezeichnet, so dass sich die Daten mit den aufgezeichneten Bilddaten im Nachgang korrelieren lassen. Die Aufzeichnungsrate der Kameras und die Abtastrate des Flugdatenrecorders sind variable für jeden Versuch skalierbar.
Mit Hilfe der Auswerteeinheit lassen sich anschließend die Daten des zweiten Speichers und des Flugdatenrecorders auswerten. Mittels der aufgezeichneten Kalibrierdaten, Bilddaten und der Flug-/Flugkörperdaten lassen sich alle Objekte und deren Bewegung auswerten. Für die Auswertung kann der geometrische Strahlensatz verwendet werden. Mit dessen Hilfe lassen sich alle Lagepositionen der im Raum befindlichen Objekte, deren Objektabmessungen bekannt sind, bestimmen. Somit lassen sich zum Beispiel die Positionen der Rotorblätter und über eine Bildfolge die Rotorblattebene bestimmen. Des Weiteren lassen sich die Trajektorien, Fluggeschwindigkeit und die kinetische Energie von Objekten bestimmen. Mittels der Auswertung unter Berücksichtigung der Bildaufzeichnungsrate und der bekannten Masse der zu betrachtenden Objekte lassen sich die kinetische Energie der Objekte bestimmen und somit die Aufprallenergie und das Schadensrisiko auf die Hubschrauberzelle abschätzen. Für Lenkflugkörper und Raketen ermöglicht die Messung die Kontrolle der Einhaltung von Abstandsvorgaben zwischen Rotorblattspitzen und dem Flugkörper bei Flugmanövern über die gesamte Flugenvelope des Hubschraubers.
Bezugszeichenliste:

1: Hubschrauber
2: Flugkörper
10: Erste Kamerahalterung
11: Erste Kamera
12: Erste Halterung
20: Zweite Kamerahalterung
21: Zweite Kamera
22: Dritte Kamera
23: Zweite Halterung
30: Bedienelement
31: Auslöseeinheit
40: Erste Speichereinheit
50: Zweite Speichereinheit
60: Flugdatenrecorder
70: Gassensor
80: Auswerteeinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0938231 A2 [0004]
DE 202011110543 U1 [0005]
DE 102017116073 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Kontrolle des sicheren Einsatzes von Flugkörpern (2) an Hubschraubern (1), unter Verwendung einer Messvorrichtung umfassend • eine erste Kamerahalterung (10), mit einer ersten Kamera (11) und einer ersten Halterung (12), • eine zweite Kamerahalterung (20), mit einer zweiten und dritten Kamera (21, 22) und einer zweiten Halterung (23), • ein Bedienelement (30), mit einer Auslöseeinheit (31), • eine erste Speichereinheit (40), • eine zweite Speichereinheit (50), • einen Flugdatenrecorder (60), • mindestens einem Gassensor (70) und • eine Auswerteeinheit (80). derart, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Anbringen der ersten und zweiten Kamerahalterung (10, 20) am Hubschrauber (1), b) Unterbringen der ersten, zweiten Speichereinheit (40, 50), des Bedienelements (30), des Flugdatenrecorders (60) und des Gassensors (70) im Hubschrauber (1), c) optische Kalibrierung jeder Kamera (11, 21, 23) zur Bestimmung der Bildweite und Gegenstandsgröße in Höhe der Rotorblattspitzenebene, d) Durchführen eines Flugerprobungsprogrammes, e) Durchführen eines vorgegebenen Flugmanövers innerhalb des Flugerprobungsprogramms mit Flugkörpereinsatz, f) Aufzeichnen der Bilddaten der Kameras (11, 21, 23) sowie der Daten des Gassensors (70), g) Übertragen der Bilddaten auf die erste Speichereinheit (40) mit einem Zeitstempel, h) Auslösen der Auslöseeinheit (31) nach dem durchführen des Flugmanövers, i) Übertragen der Bilddaten einer festen Zeitspanne vor dem Auslösezeitpunkt von der ersten Speichereinheit (40) auf die zweite Speichereinheit (50), j) Wiederholen der Schritte f bis j solange bis alle Flugmanöver durchgeführt wurden, k) Erfassen der Flugkörper- und Flugdaten in einem Flugdatenrecorder (60) mit einem Zeitstempel über das gesamte Flugerprobungsprogrammes, l) nach dem durchführen des Flugerprobungsprogrammes werden die Bilddaten von der zweiten Speichereinheit (50) und die Daten des Flugdatenrecorders (60) in der Auswerteeinheit (80) anhand der Zeitstempel zusammengeführt, m) mittels der Auswerteeinheit (80) wird die Einhaltung der Abstandsvorgaben zwischen Rotorblattspitze und Flugkörper (2) sowie dessen ausgestoßene Fragmente für die jeweiligen Flugmanöver und die Gaskonzentration im Cockpit über den Flugversuch geprüft und kontrolliert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zeitspanne für die zu übertragenden Bilddaten des ersten Speichers (40) auf den zweiten Speicher (50) vor dem Auslösezeitpunkt bis zum Auslösezeitpunkt frei wählbar ist.
Messvorrichtung nach dem Anspruch 1 zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 1.