EP2645048B1 - Vorrichtung zum Simulieren eines fliegenden realen Ziels - Google Patents

Vorrichtung zum Simulieren eines fliegenden realen Ziels Download PDF

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EP2645048B1
EP2645048B1 EP13001459.0A EP13001459A EP2645048B1 EP 2645048 B1 EP2645048 B1 EP 2645048B1 EP 13001459 A EP13001459 A EP 13001459A EP 2645048 B1 EP2645048 B1 EP 2645048B1
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EP
European Patent Office
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target
real
actuator
container
flight
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Franz Geidek
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MBDA Deutschland GmbH
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MBDA Deutschland GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41J—TARGETS; TARGET RANGES; BULLET CATCHERS
    • F41J9/00—Moving targets, i.e. moving when fired at
    • F41J9/08—Airborne targets, e.g. drones, kites, balloons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/006—Guided missiles training or simulation devices

Definitions

  • the invention relates to a simulator for a target, which is to be made by an active system, in particular by a laser weapon system.
  • the invention relates to a simulator for simulating a flying real target.
  • a device according to the preamble of claim 1 is also known from WO 97/45692 A known.
  • the device comprises a target, an actuating unit for moving the target and a control unit.
  • the target can either be a real target, or a model of a real target, with the target in each case being of the active system to be tested to be taken.
  • the target is mounted on the actuator so that the actuator can realize movements of the target.
  • the actuator is in turn connected to a control unit so that the control unit can control the movements of the target as well as the position of the target in space.
  • the control unit is arranged to generate a movement and / or a position of the target via the setting unit, which occur during a flight of the real target.
  • this device can be used to simulate all movements of the target that occur during a real flight, so that an action of the action system on the target can be tested in each phase of a flight.
  • the system has a container surrounding the device. Through the container, all components that are not to be hit by the active system, be protected from unwanted hits.
  • the container has at one point an opening through which the target can be acted upon.
  • the system further includes a guard area disposed around the opening of the container that absorbs the energy of the active system. In this way it is ensured that not accidentally important components are destroyed by the active system.
  • the setting unit has at least three rotational and / or at least three translatory degrees of freedom.
  • the movements of the target generated by the control unit include rotation, precession and / or nutation. These three movements are the main movements that usually occur during a trajectory of a target to be hit. By a comprehensive replica of one of these movements or a superimposition of several movements in the device according to the invention, the simulation can be further improved.
  • the device comprises a flow unit which flows against the target.
  • the target is preferably flown with air.
  • the setting unit comprises an industrial robot.
  • the industrial robot has six axes. The associated number of degrees of freedom is sufficient to generate a large number of movements and / or positions of the target in space, so that a realistic simulation is possible.
  • the invention further relates to a method for acting on a simulated target, which is carried out by the following steps.
  • a target is provided to simulate a real target with a known trajectory.
  • this goal may be the real goal itself, or a model of the real goal.
  • the flight of the target is simulated by moving the target, in particular with regard to its position in the way in which a real target would move during the flight, the trajectory is not necessarily tracked, so the target remains substantially stationary and For example, it only moves within the container.
  • the target can be placed in a certain position and remain there. Overall, therefore, it is possible to simulate a portion of the trajectory itself, or a trajectory superimposed motion that would execute the real target during the flight.
  • the last step is to act on the target with the target either moving or staying in a measuring position.
  • the target is acted upon by an opening of a container.
  • the container Through the container, all components that are not to be hit by the active system, be protected from unwanted hits.
  • the energy of the active system is absorbed by a protective area which is arranged around the opening of the container. In this way it is ensured that not accidentally important components are destroyed by the active system.
  • the inventive method is carried out by the active system is a laser weapon system, so that the target is acted upon by means of a laser beam.
  • the method is particularly suitable for testing laser weapon systems, as these are very often used for acting on flying targets.
  • the energetic effect of the action is preferably measured. It is thus possible to create an image of what effect the currently tested active system has on the target. This allows, for example, to compare the result of acting on different phases of the flight of the target, or to highlight the differences between two different systems of action.
  • Fig. 1 shows an apparatus 1 for simulating a flying real target to be hit by an active system.
  • the device comprises a target 2, which is to be hit by an active system.
  • the target is a grenade mounted on an industrial robot 3.
  • the industrial robot 3 has six axes and can thus maneuver the target 2 in any position and in any position within a working space of the industrial robot 3.
  • the industrial robot 3 is connected to a control unit 4, which coordinates the movements of the industrial robot 3 and thus of the target 2.
  • the control unit 4 is aware of a real trajectory of a real target to be simulated, so that it can move the target 2 in the way a real target moves during a trajectory. For this purpose, the control unit 4 either calculates a portion of the trajectory that can be tracked within the working space of the industrial robot 3, or determines a movement of the real target, which is superimposed on the trajectory, to simulate this movement with the target 2.
  • the characteristic movements of a target 2 are in Fig. 3 shown.
  • the motion of a flying target includes a rotation 101, a precession 102, and a nutation 103.
  • the target 2 performs a motion that closely approximates the real motion of a flying target.
  • different phases of a flight of a real destination can be simulated.
  • Fig. 2 shows the device 1 in a second preferred embodiment of the invention.
  • the same or functionally identical features have the same reference numerals as in the first embodiment.
  • both are the Target 2 carrying industrial robot 3 and the control unit 4 housed in a container 5.
  • the illustration in Fig. 2 was omitted for clarity on the representation of the side walls of the container 5.
  • industrial robot 3 and control unit 4 are protected from unwanted hits of an active system.
  • the target 2 is held by the industrial robot 3 in a test area, which allows an opening 6 within the container 5 from acting on the target 2 from the outside.
  • a protective area 7 is arranged around the opening 6 of the container 5 defining the test area. This protection area 7 can absorb the energy of an active system if the destination 2 should not be hit.
  • the target 2 can assume different positions and locations, so that a multiplicity of real flight phases of a target can be simulated. It is therefore possible to comprehensively investigate the effect of an active system on the objective 2 without having to carry out costly and time-consuming flight tests with real targets.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Simulator für ein Ziel, das von einem Wirksystem, insbesondere von einem Laserwaffensystem, getroffen werden soll. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Simulator zum Simulieren eines fliegenden realen Ziels.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass sich die energetische Wirkung von gerichteter Strahlung, z.B. eines Lasers, bei unterschiedlichen Auftreffwinkeln auf ein Ziel und unter unterschiedlichen Umweltbedingungen teilweise deutlich unterscheidet. Daher ist es bei der Entwicklung von Laserwaffensystemen unerlässlich, umfangreiche Messungen der Wirksamkeit des Laserstrahls auf ein bewegtes Ziel zu untersuchen. Hierfür müssten jedoch eine Vielzahl von Flugversuchen durchgeführt werden, bei denen eine Vielzahl von Flugbahnen der bewegten Ziele realisiert werden, damit ein differenziertes Bild über die Wirksamkeit des Laserwaffensystems erstellt werden kann.
  • Jedoch ist ein Flugversuch zeit- und kostenaufwändig, so dass eine Vielzahl an Flugversuchen die Entwicklung von neuen Laserwaffensystemen ineffizient gestaltet.
  • Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist außerdem aus der WO 97/45692 A bekannt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die bei einfacher und kostengünstiger Fertigung und Montage die Möglichkeit bereitstellt, die energetische Wirkung von Laserwaffensystemen auf fliegende Ziele detailliert zu untersuchen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1. Dieser offenbart ein System mit einer Vorrichtung zum Simulieren eines von einem Wirksystem zu treffenden fliegenden realen Ziels. Dabei umfasst die Vorrichtung ein Ziel, eine Stelleinheit zum Bewegen des Ziels und eine Steuereinheit. Das Ziel kann entweder ein reales Ziel, oder ein Modell eines realen Ziels sein, wobei das Ziel in jedem Fall von dem zu testenden Wirksystem getroffen werden soll. Das Ziel ist auf der Stelleinheit montiert, so dass die Stelleinheit Bewegungen des Ziels realisieren kann. Die Stelleinheit ist wiederum mit einer Steuereinheit verbunden, so dass die Steuereinheit die Bewegungen des Ziels sowie die Lage des Ziels im Raum steuern kann. Insbesondere ist die Steuereinheit eingerichtet, eine Bewegung und/oder eine Lage des Ziels über die Stelleinheit zu erzeugen, die während eines Fluges des realen Ziels auftreten. Somit kann diese Vorrichtung verwendet werden, sämtliche Bewegungen des Ziels, die während eines realen Fluges auftreten, zu simulieren, so dass ein Einwirken des Wirksystems auf das Ziel in jeder Phase eines Fluges getestet werden kann. Erfindungsgemäß weist das System einen die Vorrichtung umgebenden Container auf. Durch den Container können sämtliche Komponenten, die nicht durch das Wirksystem getroffen werden sollen, vor ungewollten Treffern geschützt werden. Dabei weist der Container an einer Stelle eine Öffnung auf, durch die auf das Ziel eingewirkt werden kann.
    Weiterhin weist das System ferner einen Schutzbereich auf, der um die Öffnung des Containers herum angeordnet ist, der die Energie des Wirksystems absorbiert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass nicht unbeabsichtigt wichtige Bauteile durch das Wirksystem zerstört werden.
  • Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Stelleinheit zumindest drei rotatorische und / oder zumindest drei translatorische Freiheitsgrade auf. Somit ist es möglich, das mit der Stelleinheit verbundene Ziel in jede beliebige Lage im Raum zu manövrieren und jede beliebige Bewegung im Raum zu realisieren. Auf diese Weise wird die Simulierung des Ziels weiter verbessert, da jede während des realen Fluges auftretende Bewegung detailgetreu nachgebildet werden kann.
  • Es ist vorgesehen, dass die von der Steuereinheit erzeugten Bewegungen des Ziels Rotation, Präzession und/oder Nutation umfassen. Diese drei Bewegungen sind die Hauptbewegungen, die während einer Flugbahn eines zu treffenden Ziels üblicherweise auftreten. Durch eine umfassende Nachbildung einer dieser Bewegungen oder einer Überlagerung von mehreren Bewegungen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Simulation weiter verbessert werden.
  • Zum weiteren Verbessern der Simulation ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Strömungseinheit umfasst, die das Ziel anströmt. Dabei wird das Ziel bevorzugt mit Luft angeströmt. Somit kann auch der Einfluss der während des Fluges auf das Ziel wirkenden Luftströmung während der Einwirkung des Wirksystems auf das Ziel überprüft werden.
  • Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Stelleinheit einen Industrieroboter umfasst. Insbesondere weist der Industrieroboter dabei sechs Achsen auf. Die damit verbundene Anzahl an Freiheitsgraden ist ausreichend, um eine Vielzahl an Bewegungen und / oder Lagen des Ziels im Raum zu erzeugen, so dass eine realistische Simulation möglich ist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Einwirken auf ein simuliertes Ziel, das durch die folgenden Schritte ausgeführt wird. Zunächst wird ein Ziel bereitgestellt, das ein reales Ziel mit bekannter Flugbahn simulieren soll. Dieses Ziel kann beispielsweise das reale Ziel selbst, oder ein Modell des realen Ziels sein. Anschließend wird der Flug des Ziels simuliert, indem das Ziel insbesondere hinsichtlich seiner Lage in der Art bewegt wird, in der sich auch ein reales Ziel während des Fluges bewegen würde, wobei die Flugbahn nicht notwendigerweise nachverfolgt wird, das Ziel also im wesentlichen stationär verbleibt und beispielsweise nur innerhalb des Containers bewegt wird. Alternativ kann das Ziel auch in eine bestimmte Lage gebracht werden und dort verharren. Insgesamt ist es daher möglich, einen Abschnitt der Flugbahn selbst zu simulieren, oder eine der Flugbahn überlagerte Bewegung, die das reale Ziel während des Fluges ausführen würde. Als letzter Schritt wird auf das Ziel eingewirkt, wobei sich das Ziel entweder bewegt oder in einer Messposition verharrt. Mit diesem Verfahren ist es daher möglich, auf aufwändige und kostenintensive Flugversuche zu verzichten. Erfindungsgemäß wird auf das Ziel durch eine Öffnung eines Containers eingewirkt. Durch den Container können sämtliche Komponenten, die nicht durch das Wirksystem getroffen werden sollen, vor ungewollten Treffern geschützt werden. Des Weiteren wird durch einen Schutzbereich, der um die Öffnung des Containers herum angeordnet ist, die Energie des Wirksystems absorbiert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass nicht unbeabsichtigt wichtige Bauteile durch das Wirksystem zerstört werden.
  • In einer vorteilhaften Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, indem das Wirksystem ein Laserwaffensystem ist, so dass auf das Ziel mittels eines Laserstrahls eingewirkt wird. Das Verfahren bietet sich insbesondere zum Testen von Laserwaffensystemen an, da diese sehr häufig zur Einwirkung auf fliegende Ziele eingesetzt werden.
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt die energetische Wirkung des Einwirkens gemessen. Es ist damit möglich, ein Bild zu erstellen, welche Auswirkung das aktuell getestete Wirksystem auf das Ziel hat. Dies erlaubt beispielsweise das Ergebnis des Einwirkens auf unterschiedliche Phasen des Fluges des Ziels zu vergleichen, oder die Unterschiede zwischen zwei verschiedenen Wirksystemen herauszustellen.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
    • Fig. 1
    die Vorrichtung zum Simulieren eines fliegenden realen Ziels gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
    Fig. 2
    die Vorrichtung zum Simulieren eines fliegenden realen Ziels gemäß eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung der zu simulierenden Bewegung, die ein reales Ziel während eines Fluges ausführt.
  • Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Simulieren eines von einem Wirksystem zu treffenden fliegenden realen Ziels. Die Vorrichtung umfasst dabei ein Ziel 2, das von einem Wirksystem getroffen werden soll. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Ziel eine Granate, die auf einem Industrieroboter 3 montiert ist. Der Industrieroboter 3 verfügt über sechs Achsen und kann somit das Ziel 2 in jede beliebige Lage und in jede beliebige Position innerhalb eines Arbeitsraums des Industrieroboters 3 manövrieren. Der Industrieroboter 3 ist mit einer Steuereinheit 4 verbunden, die die Bewegungen des Industrieroboters 3 und damit des Ziels 2 koordiniert.
  • Der Steuereinheit 4 ist eine reale Flugbahn eines zu simulierenden realen Ziels bekannt, so dass diese das Ziel 2 in der Art bewegen kann, wie sich ein reales Ziel während einer Flugbahn bewegt. Dafür berechnet die Steuereinheit 4 entweder einen Abschnitt der Flugbahn, der innerhalb des Arbeitsraumes des Industrieroboters 3 nachgeführt werden kann, oder bestimmt eine Bewegung des realen Ziels, das der Flugbahn überlagert ist, um diese Bewegung mit dem Ziel 2 zu simulieren.
  • Die charakteristischen Bewegungen eines Ziels 2 sind in Fig. 3 dargestellt. Üblicherweise umfasst die Bewegung eines fliegenden Ziels eine Rotation 101, eine Präzession 102 und eine Nutation 103. Durch Überlagerung mehrerer dieser drei Bewegungen 101, 102 und 103 führt das Ziel 2 eine Bewegung aus, die der realen Bewegung eines fliegenden Ziels sehr nahe kommt. Somit können unterschiedliche Phasen eines Fluges eines realen Ziels simuliert werden.
  • Fig. 2 zeigt die Vorrichtung 1 in einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei wurden gleiche bzw. funktional gleiche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel versehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl der das Ziel 2 tragende Industrieroboter 3 als auch die Steuereinheit 4 in einem Container 5 untergebracht. In der Darstellung in Fig. 2 wurde zur besseren Übersicht auf die Darstellung der Seitenwände des Containers 5 verzichtet. Durch den Container 5 werden Industrieroboter 3 und Steuereinheit 4 vor ungewollten Treffern eines Wirksystems geschützt. Das Ziel 2 wird durch den Industrieroboter 3 in eine Testbereich gehalten, der durch eine Öffnung 6 innerhalb des Containers 5 ein Einwirken auf das Ziel 2 von außen ermöglicht. Als zusätzliches Sicherheitsmerkmal ist ein Schutzbereich 7 um die den Testbereich definierende Öffnung 6 des Containers 5 angeordnet. Dieser Schutzbereich 7 kann die Energie eines Wirksystems aufnehmen, falls das Ziel 2 nicht getroffen werden sollte.
  • Innerhalb des Testbereichs kann das Ziel 2 unterschiedliche Positionen und Lagen einnehmen, so dass eine Vielzahl von realen Flugphasen eines Ziels simuliert werden können. Es ist daher möglich, das Einwirken eines Wirksystems auf das Ziel 2 umfassend zu untersuchen, ohne dafür kosten- und zeitaufwändige Flugversuche mit realen Zielen durchführen zu müssen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung zum Simulieren eines fliegenden Ziels
    2
    Ziel
    3
    Industrieroboter
    4
    Steuereinheit
    5
    Container
    6
    Öffnung des Containers
    7
    Schutzbereich
    101
    Rotation des Ziels
    102
    Präzession des Ziels
    103
    Nutation des Ziels

Claims (7)

  1. System mit einer Vorrichtung (1) zum Simulieren eines von einem Wirksystem zu treffenden fliegenden realen Ziels, umfassend:
    ein Ziel (2),
    eine Stelleinheit (3) zum Bewegen des Ziels (2), und
    eine Steuereinheit (4), die mit der Stelleinheit (3) verbunden ist,
    wobei die Steuereinheit (4) eingerichtet ist, eine Bewegung und/oder eine Lage des Ziels (2) über die Stelleinheit (3) zu erzeugen, die während eines Fluges des realen Ziels auftreten, dadurch gekennzeichnet dass
    das System einen die Vorrichtung (1) umgebenden Container (5) aufweist, wobei der Container (5) eine Öffnung (6) aufweist, durch die das Ziel (2) beschießbar ist, und dass das System ferner einen Schutzbereich (7) aufweist, der um die Öffnung (6) des Containers (5) herum angeordnet ist und die Energie des Wirksystems absorbiert.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Stelleinheit (3) zumindest drei rotatorische und/oder zumindest drei translatorische Freiheitsgrade aufweist.
  3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Strömungseinheit, die das Ziel (2), bevorzugt mit Luft, anströmt.
  4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stelleinheit (3) ein Industrieroboter ist.
  5. Verfahren zum Einwirken auf ein simuliertes Ziel, umfassend die Schritte:
    Bereitstellen eines Systems gemäß Anspruch 1, das ein reales Ziel mit bekannter Flugbahn simuliert,
    Erzeugen einer Bewegung und/oder einer Lage des Ziels (2), die während eines Fluges des realen Ziels auftreten, mittels einer Stelleinheit, und
    Einwirken auf das Ziel während dieses bewegt wird oder in einer Messposition verharrt, dadurch gekennzeichnet, dass
    auf das Ziel durch eine Öffnung (6) eines Containers (5) eingewirkt wird und ein Schutzbereich (7) um die Öffnung herum die Energie des Wirksystems absorbiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Einwirken mittels eines Laserstrahls geschieht.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die energetische Wirkung des Einwirkens gemessen wird.
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