DE977845C

DE977845C - Three-dimensional target search control of projectiles, especially torpedoes

Info

Publication number: DE977845C
Application number: DEU4236A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl-Ing Thomsen; Helmut Dr Unkelbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-11-30
Filing date: 1956-11-30
Publication date: 1971-09-02

Description

Bekannt ist ein Zielsuchverfahren von Geschossen, im besonderen Torpedos, bei welchem der Torpedo seine ursprüngliche Rechtkantlage auch auf der Verfolgungskurve beibehält. Ergibt sich aus der Verfolgungskurve gleichzeitig eine Seiten- und Tiefendrehung des Torpedos, so liegt der resultierende Weg weder in der Seiten- noch in der Tiefensteuerebene. Dies erfordert eine Abstimmung der gleichzeitig wirkenden Seiten- und Tiefenruderkräfte, die senkrecht aufeinander stehend den Wirkungsgrad der Steuereinrichtung herabsetzen, und zwar besonders dann, wenn beide Kräfte gleich oder nahezu gleich sind. Eine unzweckmäßige Abbremsung des Torpedos ist weiter die Folge. Auch bei reinen Raketengeschossen ergibt sich ein Energieverlust, wenn die zur Steuerung benutzten Raketenkräfte aufeinander senkrecht stehen.A target search method for projectiles, in particular torpedoes, is known, in which the Torpedo retains its original right edge position on the chase curve. Results from the pursuit curve simultaneously a lateral and depth turn of the torpedo, then the resulting one lies Path neither in the side nor in the depth control level. This requires a coordination of the side and down rudder forces acting at the same time, the perpendicular to each other the efficiency reduce the control device, especially when both forces are equal or are almost the same. Unsuitable braking of the torpedo is also the result. Even with pure rocket projectiles there is a loss of energy if the rocket forces used for control stand perpendicular to each other.

Der Ausgangspunkt für die Erfindung ist nun die Erkenntnis, daß unter der Voraussetzung geradliniger und gleichmäßiger Fortbewegung des Geg- ao ners auch bei einer dreidimensionalen Zielsuchsteuerung die mathematische Verfolgungskurve, im besonderen Hundekurve, auf einer, wenn auch schrägliegenden Ebene verläuft, und zwar derjenigen, welche durch den Torpedostandort und den Gegnerweg definiert ist. Von der mathematischen Verfolgungskurve ist die faktische Verfolgungskurve in zweierlei Hinsicht zu unterscheiden: The starting point for the invention is now the knowledge that, given the assumption more straightforward and even movement of the opponent even with a three-dimensional target search control the mathematical chase curve, especially dog curve, on one, albeit inclined plane runs, namely those which through the torpedo site and the Opponent path is defined. The actual tracking curve can be distinguished from the mathematical tracking curve in two ways:

I. Die Richtung des Geschoßweges weicht bei Beginn des Zielsuchvorganges mehr oder weniger von der gerichteten Tangente an die mathematische Verfolgungskurve in dem betreffenden Punkt ab. Das Geschoß muß zunächst auf eine Verfolgungskurve »eindrehen«, was wegen seiner begrenzten I. The direction of the bullet path deviates more or less at the beginning of the target search process the directed tangent to the mathematical trace curve at the point in question. The projectile must first "turn" on a tracking curve, which is because of its limited

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Wendigkeit einige Zeit erfordert. Die »Eindreh-• kurve« ist im Gegensatz zur mathematischen Verfolgungskurve keine ebene Kurve, sondern eine Raumkurve.Maneuverability takes some time. The »turning curve« is in contrast to the mathematical tracking curve not a flat curve, but a space curve.

II. Nach dem Eindrehen des Geschosses auf eine mathematische Verfolgungskurve kann dieses infolge mangelnder Wendigkeit nicht immer der Krümmung der Verfolgungskurve folgen und schert aus. Es tritt der sogenannte »Kurvenklemmer« ein,II. After turning the projectile on a mathematical tracking curve, this can result lack of maneuverability do not always follow the curvature of the chase curve and shear the end. The so-called "curve jamming" occurs,

ίο bei dem die Peilung vom Geschoß zum Ziel gegebenenfalls so stark auswandert, daß das Ziel den Winkelbereich der Ortung verläßt. Bei konstanter Rechtkantlage des Torpedos kann ein Kurvenklemmer in zwei Komponenten auftreten und den Torpedo aus der Steuerungsebene der mathematischen Verfolgungskurve herausführen, so daß sich wie bei der Eindrehkurve eine nichtebene Raumkurve ergeben kann. Aus solchen dreidimensionalen Kurvenklemmern resultieren zahlreiche Schwierigkeitenίο in which the bearing from the projectile to the target if necessary migrates so much that the target leaves the angular range of the location. At constant If the torpedo is on the right edge, a curve jamming can occur in two components and the torpedo lead out of the control level of the mathematical tracking curve, so that as with the turning curve can result in a non-planar space curve. From such three-dimensional curve clamps numerous difficulties result

ao und Nachteile, von denen hier nur die folgenden drei erwähnt seien:ao and disadvantages, of which only the following three are mentioned here:

a) Der Torpedo passiert das Ziel häufig in windschiefer Lage,, wodurch das Funktionieren der Abstandszündung verhindert werden kann.a) The torpedo often passes the target in a skewed position, which prevents the functioning of the Standoff ignition can be prevented.

b) Wenn die Peilung erst einmal aus dem Ansprechbereich ausgewandert ist, so besteht — im Gegensatz zu einer ebenen Bahnkurve — nur eine geringe Wahrscheinlichkeit, daß sie wieder in der Richtung zum Ziel zurückgeführt wird.b) Once the bearing has moved out of the response area, there is - as opposed to a flat trajectory - only a small probability that they is guided back in the direction of the target.

c) Die mathematische Untersuchung der dreidimensionalen Kurvenklemmer bereitet besondere Schwierigkeiten.c) The mathematical investigation of the three-dimensional curve clamps prepares special Trouble.

Diese und andere Schwierigkeiten lassen sich gemäß der Erfindung beseitigen oder stark vermindern, indem durch Drehung des Torpedos um seine Längsachse (»Torsion«) die Achse der Tiefenruder (oder der Seiten ruder) in die Ebene einer mathematischen Verfolgungskurve — wenigstens näherungsweise — gelegt wird (»Eindrehen der Rechtkantlage«). Dies kann dadurch geschehen, daß man durch eine Scherung mindestens eines Ruderpaares den Tiefen- (oder Seiten-) Steuereffekt zu null werden läßt und die Achse des Tiefen- (bzw. Seiten-) Ruders in die Ebene einer mathematischen Verfolgungskurve legt. (Im Falle von reinen Raketengeschossen kann die Torsion mit bekannten Mitteln der Raketentechnik bewerkstelligt werden.) Dann steht das jeweils andere Ruderpaar senkrecht auf der Steuerebene und kann ohne Mitwirkung des ersten Ruderpaares die Einsteuerung des Torpedos auf der ebenen Verfolgungskurve ausführen, sofern der Torpedo von vornherein mit dem richtigen räumlichen Vorhaltwinkel geschossen worden ist. Da der Vorhaltwinkel in der Praxis jedoch meist mit Fehlern behaftet ist, ergeben sich noch Abweichungen der Bahnkurve des Torpedos von einer ebenen Verfolgungskurve, wobei erfindungsgemäß bei einer weiteren Anlenkung der Torpedo durch sein Stabilisierungsorgan so stabilisiert wird, daß die Achse des Höhen- (bzw. Seiten-)Ruders parallel und die Achse des Seiten- (bzw. Höhen-)Ruders senkrecht zu jener natürlichen Steuerungsebene gehalten wird, wobei dann eine weitere Anlenkung als eine an sich bekannte Rechtkantanlenkung, jedoch in einem gedrehten Koordinatensystem, erfolgt. Bei nicht zu großen Fehlern des räumlichen Vorhaltwinkels und nicht zu kleinen Ansprechentfernungen weicht die Bahnkurve des Torpedos von einer ebenen Verfolgungskurve nur wenig ab, so daß die Zielsuchsterung überwiegend dem Seiten- (bzw. Tiefen-) Ruderpaar obliegt. Die Abweichungen werden insbesondere durch die Tatsache in engen Grenzen gehalten, daß die Fehler des räumlichen Vorhaltwinkels mehr innerhalb als außerhalb der natürlichen Steuerungsebene liegen; die natürliche Steuerungsebene ist nämlich allein durch die Richtung bestimmt, in welcher die Peilung zum Ziel auswandert, während der räumliche Vorhaltwinkel außer von dieser Auswanderung noch von verschiedenen anderen Größen abhängt.These and other difficulties can be eliminated or greatly reduced according to the invention, by rotating the torpedo around its longitudinal axis ("torsion") the axis of the down elevator (or the rudder) in the plane of a mathematical tracking curve - at least approximately - is placed (»turning in the right edge position«). This can be done by the depth (or side) steering effect becomes zero due to a shear of at least one pair of oars lets and the axis of the depth (or rudder) rudder in the plane of a mathematical tracking curve lays. (In the case of pure rocket projectiles, the torsion can be achieved by known means rocket technology.) Then the other pair of oars stands up vertically the control plane and can steer the torpedo without the involvement of the first pair of oars Execute on the flat chase curve, provided the torpedo is right from the start spatial lead angle has been shot. However, since the lead angle is mostly in practice is afflicted with errors, there are still deviations in the trajectory of the torpedo from one flat tracking curve, according to the invention, with a further articulation of the torpedo through its stabilizing member is stabilized so that the axis of the elevator (or rudder) rudder is parallel and the axis of the rudder (or elevator) rudder is kept perpendicular to that natural control plane, with a further articulation as a right-sided linkage known per se, but in a rotated coordinate system, takes place. at not too large errors in the spatial lead angle and not too small response distances if the trajectory of the torpedo deviates only slightly from a flat tracking curve, so that the Target search is predominantly the responsibility of the side (or depth) rudder pair. The deviations are in particular kept within narrow limits by the fact that the errors of the spatial lead angle lie more within than outside of the natural plane of control; The natural The control level is determined solely by the direction in which the bearing to the target is emigrates, while the spatial lead angle apart from this emigration also from different ones depends on other sizes.

Nach einem Verfahren der Erfindung kann das Eindrehen der Rechtkantlage vor allem gegen Ende der Verfolgungskurve noch dadurch verbessert werden, daß auch bei der weiteren Anlenkung die Höhen- (bzw. Seiten-)Impulse der Fühlorgane abwechselnd Torsionen (mit Scherung der Ruder) und reine Rechtkantlenkungen (mit ungescherten Ruderausschlägen) auslösen, wobei das Koordinatensystem einer Lenkung der letzteren Art durch die jeweils vorausgehende Torsion bestimmt wird. Es ergibt sich bei diesem Verfahren der große Vorteil, daß das Ruderpaar parallel zur Steuerungsebene schließlich nur noch mit kleinen Ruderausschlagen die Lage des Torpedos in dieser Ebene sicherstellen bzw. Änderungen der Ebene durch entsprechende Bewegungen folgen muß, während das andere Ruder oder Ruderpaar seine volle Ruderkraft in der gewünschten Steuerrichtung wirksam werden läßt. Bei einer Steuerung durch Raketenkräfte wird der obenerwähnte Energieverlust weitgehend vermieden.According to a method of the invention, the screwing in of the right-sided position can especially be done towards the end the chase curve can be improved by that also with the further articulation the height (or side) impulses of the sensing organs alternate Torsions (with shear of the rudder) and pure right-hand steering (with unsheared Rudder deflections) trigger, the coordinate system of a steering of the latter type by the previous torsion is determined. The big one results from this procedure The advantage that the pair of rudders, parallel to the control level, ultimately only deflects with small rudders ensure the position of the torpedo in this plane or make changes to the plane corresponding movements must follow while the other oar or oar pair to its full The rudder force can be effective in the desired steering direction. With a control by Rocket forces, the above-mentioned energy loss is largely avoided.

Der Steuerungsvorgang wird gemäß dem Verfahren der Erfindung einer mathematischen Untersuchung sehr viel zugänglicher, da sich die Verfolgungskurve in ihren wichtigsten Teilen durch eine ebene Kurve approximieren läßt. Dies gilt insbesondere für den letzten Teil des Ansteuerungsvorgangs, welcher so beherrscht werden muß, daß er zu einem Ansprechen der Abständszündung führt.According to the method of the invention, the control process becomes a mathematical investigation much more accessible, as the most important parts of the chase curve are divided by a can approximate a flat curve. This applies in particular to the last part of the activation process, which must be controlled in such a way that it leads to a response of the interval ignition.

Die Vorteile des Verfahrens der Erfindung fallen insbesondere auch in solchen Fällen ins Gewicht, in welchen die mathematische Verfolgungskurve nicht durch eine Hunderkurve, sondern eine Verfolgungskurve mit Vorhältwinkel dargestellt wird. In diesen Fällen kommt es bei dem Verfahren der Erfindung in der Hauptsache nicht auf die Einhaltung eines räumlichen Vorhältwinkels, sondern eines ebenen Vorhaltwinkels an. Ein ebener Vorhaltwinkel ist jedoch mit automatischen und nichtautomatischen Mitteln genauer und leichter festzustellen als ein räumlicher Vorhaltwinkel.The advantages of the method of the invention are particularly important in such cases which the mathematical tracing curve is not by a hundred curve, but a tracing curve is shown with lead angle. In these cases, the procedure of Invention in the main not on the observance of a spatial lead angle, but a flat lead angle. However, a flat lead angle is automatic and non-automatic Means to be determined more precisely and more easily than a spatial lead angle.

Nach einem Verfahren der Erfindung wird eine Begrenzung der Drehgeschwindigkeit um dieLängsachse eingeführt, welche der Trägheit der Zielsuch-According to a method of the invention, a Limitation of the rotational speed around the longitudinal axis introduced, which reduces the inertia of

einrichtung und der Ruderbetätigung Rechnung trägt und damit der Gefahr einer unkontrollierten Rotation des Torpedos um die Längsachse oder starker Pendelungen begegnet.facility and the rowing takes into account and thus the risk of uncontrolled Rotation of the torpedo around the longitudinal axis or strong oscillations encountered.

Nach einem Verfahren der Erfindung kann das Eindrehen der Rechtkantlage noch dadurch beschleunigt werden, daß die Höhen- (bzw. Seiten-) Impulse der Fühlorgane gleichzeitig Torsionen und Rechtkantlenkungen auslösen. Dabei kommt esAccording to a method of the invention, the screwing in of the right-sided position can be accelerated as a result be that the height (or side) impulses of the sensing organs at the same time torsions and Trigger right-hand steering. There it comes

ίο allerdings darauf an, die Drehgeschwindigkeit um die Längsachse im Vergleich zur Drehgeschwindigkeit der Rechtkantlenkung in gewissen Grenzen zu halten, damit Pendelungen oder gar Rotationen der Steuerebene vermieden werden.ίο however, on the turning speed around the longitudinal axis in comparison to the rotational speed of the right-hand steering within certain limits hold so that oscillations or even rotations of the control plane are avoided.

Nach dem Eindrehen der Rechtkantlage auf eine konstante Steuerebene hat das Tiefen- (bzw. Seiten-) Ruderpaar nur noch die Aufgabe, mit kleinen Ruderausschlägen wechselnder Richtung die Lage des Torpedos in dieser Ebene sicherzustellen. Längere Ruderausschläge und/oder eine Folge von Ausschlägen derselben Richtung sind also ein Merkmal dafür, daß die konstante Steuerebene noch nicht erreicht ist oder nicht mehr besteht. Deshalb kann nach einem Verfahren dieses Merkmal dazu führen, eine Torsion auszulösen.After turning the right edge position to a constant control plane, the depth (or side) Pair of rudders only has the task of changing the direction of the position of the rudder with small rudder deflections Ensure torpedoes in this plane. Longer rudder deflections and / or a series of deflections the same direction are therefore a sign that the constant control plane is not yet has been reached or no longer exists. Therefore, according to one procedure, this feature can lead to to trigger a torsion.

Nach einem Verfahren der Erfindung läßt sich das Eindrehen der Rechtkantlage dadurch erleichtern und verbessern, daß über die Ermittlung des räumlichen Vorhaltwinkels, der — wie bereits erwähnt — bei gleichförmiger Gegnerbewegung auf der natürlichen Steuerungsebene liegt, dem Torpedo bei Abschuß bereits eine vorgegebene Koordinatendrehung mitgegeben wird. Hierbei ist es möglich, daß der Torpedo sofort nach Abschuß eineTorsionslage entsprechend der natürlichen Steuerungsebene einnimmt oder daß der Drehwert in der Stabilisierungseinrichtung gespeichert ist und vorzugsweise erst beim ersten Ansprechen des Torpedos auf das Ziel die Koordinatendrehung veranlaßt. Durch Vorgäbe eines solchen Drehwinkels können Pendelungen beim Aufsuchen der Steuerungsebene vermieden oder vermindert werden.According to a method of the invention, screwing in the right-angled position can thereby be facilitated and improve that on the determination of the spatial lead angle, which - as already mentioned - is on the natural control plane, the torpedo, when the enemy moves uniformly a given coordinate rotation is already given when firing. Here it is possible that the torpedo is in a torsional position immediately after being fired assumes according to the natural control level or that the rotation value is stored in the stabilization device and preferably initiates the coordinate rotation only when the torpedo responds to the target for the first time. By defaults Such an angle of rotation can avoid oscillations when looking for the control level or be reduced.

Bei vielen Steuerverfahren wird nach Eindrehen des Torpedos in seine Verfolgungskurve der dem Ziel abgewandte Teil der Ansprechcharakteristik zur Einhaltung der Verfolgungskurve nicht mehr benötigt. Andererseits kann gerade dieser Teil Störeffekten ausgesetzt sein, z. B. Reflexionen an der Wasseroberfläche und dem Grunde. Ein Verfahren der Erfindung betrifft deshalb die Abschaltung dieses Teils der Fühlorgane nach erfolgtem Eindrehen auf der Verfolgungskurve.In many control methods, after turning the torpedo into its tracking curve, the dem Part of the response characteristic turned away from the target no longer in order to maintain the tracking curve needed. On the other hand, this part can be exposed to interference effects, e.g. B. reflections on the Water surface and the bottom. A method of the invention therefore relates to the shutdown of this Part of the feeling organs after turning on the tracking curve.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Method for target search control of projectiles, in particular torpedoes, the side and Height according to, characterized in that the height control (or rudder control) the torpedo initially caused a rotation around its longitudinal axis ("torsion") until the target is in a plane of symmetry of the height characteristic (or side characteristic) of the sensing organs ("Natural control level") is located, and that with a further linkage of the torpedo is stabilized by its stabilizing element in such a way that the axis of the elevator (resp. Rudder) parallel and the axis of the rudder (or elevator) perpendicular to that natural control level is maintained, with a further articulation as one at known right-edge steering, but takes place in a rotated coordinate system.

2. The method according to claim i, characterized in that that with the further articulation the height (or side) impulses of the sensing organs alternate torsions (with shear the rudder) and pure right-hand steering (with unsheared rudder deflections), the coordinate system of a steering system of the latter type being determined by the respective preceding torsion.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that a limitation of the rotational speed is introduced around the longitudinal axis, which takes into account the inertia of the homing device and the rudder actuation.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the height (or side) Impulses from the sensory organs trigger torsions and right-angled steering at the same time, whereby the Coordinate system of a steering of the latter type determined by the current torsional position and the speed of rotation around the longitudinal axis in a certain ratio to the rotational speed of the right edge position is held, which is either fixed or in front Shooting set and / or is determined by the previous pulses of the sensing organs.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized characterized in that torsions (always) occur when two (or more) consecutive ones Elevation (or side) pulses have the same direction and / or if the duration of a height (or side) pulse exceeds a certain period of time, which is fixed or set before launch and / or is determined by the previous impulses of the sensing organs.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the torpedo on the determination the spatial lead angle, which also occurs when the opponent moves uniformly the natural control level defined in claim 1, a predetermined one upon launch Coordinate rotation is given or stored in the stabilization device.

7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that after screwing in the torpedo parts of the sensing organs facing away from the target in a natural control plane or switched off temporarily.

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