EP2989409B1 - Adaptive beschleunigungsbegrenzung - Google Patents

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EP2989409B1
EP2989409B1 EP14718619.1A EP14718619A EP2989409B1 EP 2989409 B1 EP2989409 B1 EP 2989409B1 EP 14718619 A EP14718619 A EP 14718619A EP 2989409 B1 EP2989409 B1 EP 2989409B1
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EP
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weapon
measuring system
carrier
during
gun
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Florian Kroll
Udo Stenzel
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G5/00—Elevating or traversing control systems for guns
    • F41G5/14—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns
    • F41G5/16—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns gyroscopically influenced
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G5/00—Elevating or traversing control systems for guns
    • F41G5/14—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns
    • F41G5/20—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns for guns on ships
    • F41G5/22—Elevating or traversing control systems for guns for vehicle-borne guns for guns on ships to compensate for rolling or pitching

Definitions

  • the invention is concerned with an acceleration limitation of gun-induced movements, caused by, for example, sea state, on a weapon, such as a machine gun.
  • the control of gun-induced movements to stabilize the machine gun bore axis implies the use of partially sensitive measurement systems, e.g. Gyroscopes, advance. Especially during the bursts of fire, especially during longer fire sequences, these measuring systems are influenced to a large extent by occurring recoil forces of the weapon, depending on the location. The measuring system thus incorrectly measures a carrier-induced movement, even if the gun or the weapon is mounted on a stationary platform during the burst of fire. This erroneously measured movement leads to an overreaction in the gun control, that is, if they are taken into account in the gun control. This in turn causes a deterioration of the hit image such that it leads to an undesirable increase in scattering (sigma value of the standard deviation) in the event of a burst of fire.
  • partially sensitive measurement systems e.g. Gyroscopes
  • a ship motion prediction device discloses the DE 603 18 394 T2 ( EP 1 474 326 B1 ).
  • the DE 38 82 347 T2 ( EP 0 321 127 B1 ) refers to an electronic tilt measuring system.
  • a stabilization system for a rifle is the DE 698 32 339 T2 ( EP 0 898 144 B1 ) removable.
  • an accelerator is known from gun-induced movements on a weapon installed on a carrier moving with an object.
  • the invention has the object to avoid the aforementioned disadvantages.
  • the invention is based on the idea of optimizing or adapting the meeting behavior or the meeting pattern to the carrier-induced movements.
  • the aim is to achieve an optimized compromise between the stabilization performance and the impact of machine guns on guns during fire sequences.
  • the data measured by the measuring system (s) is based on a history-based, adaptive acceleration limitation.
  • the measurement data of / the measuring system / (e) are continuously stored. If these are older than a few seconds, this data can be deleted and no longer used so that there is always an updated history of data from the measuring system used for the acceleration limitation.
  • the maximum occurring during the history accelerations are determined.
  • the maximum value of the acceleration thus continuously adapted to the respective carrier movement is used during each fire sequence in order to limit the measurement data of the measuring system (s) in the form of an acceleration limitation and thus indirectly also the response of the gun control, ie the stabilization of the tube axis.
  • the overall gain in stabilization performance is optimally adapted to the respective boundary conditions by the use of simple measuring systems, achieving the best possible meeting point (lowest possible sigma value of the standard deviation) for bursts with regard to these influences.
  • Proposed is an acceleration limit of gun induced movements on a weapon installed on a moving carrier (e.g., ship, vehicle, helicopter, etc.).
  • a moving carrier e.g., ship, vehicle, helicopter, etc.
  • the movement of the wearer during the time in which no use of the weapon is measured.
  • These continuously measured data are stored and used to determine a history of the maximum occurring accelerations of the carrier. During a fire sequence of the weapon then these measured data are taken into account for the gun control.
  • the carrier 3 is in turn fixedly mounted on a deck 5 of a ship (or a vehicle or the like). Due to the movement of the ship, caused by swell, the system includes a non-illustrated, but well-known gun control in order to align the weapon to a target during the sea constant or targeted.
  • the measuring system 4 may be a gyroscope. This is already used in practice for gun control itself.
  • the function is as follows: During the time in which no use of the weapon 1 takes place, measurement data of the measuring system 4 are continuously determined. These are written to a computer 6 and stored. The maximum acceleration occurring during the recorded history (acceleration values) is determined from the measured data.
  • these measurement data are used as a continuously adapted maximum value from the computer 6, which are then used for limiting the measurement data of the measurement system 4.
  • the recoil forces occurring during the fire sequence in the measuring system 4 which are substantially larger than the carrier-induced movements, are not taken into account in the gun control.
  • These data falsified by the recoil forces are limited according to the invention during the fire sequence with the maximum value of the stored measurement data.
  • the solution is not limited to use on ships, but can also be used in vehicles in motion, especially in the field, etc. application.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Navigation (AREA)

Description

  • Die Erfindung beschäftigt sich mit einer Beschleunigungsbegrenzung von geschützträgerinduzierten Bewegungen, hervorgerufen durch beispielsweise Seegang, auf eine Waffe, wie beispielsweise einer Maschinenkanone.
  • Die Ausregelung von geschützträgerinduzierten Bewegungen im Sinne einer Stabilisierung der Maschinenkanonen-Rohrseelenachse setzt die Verwendung von zum Teil empfindlichen Messsystemen, z.B. Gyroskopen, voraus. Speziell während der Feuerstöße, insbesondere bei längeren Feuersequenzen, werden diese Messsysteme je nach Anbringungsort in starkem Ausmaß von auftretenden Rückstoßkräften der Waffe beeinflusst. Das Messsystem misst dadurch fälschlicherweise eine trägerinduzierte Bewegung, auch wenn das Geschütz bzw. die Waffe beim Feuerstoß auf einer unbewegten Plattform befestigt ist. Diese fälschlich gemessene Bewegung führt zu einer Überreaktion in der Geschützregelung, d.h., wenn diese bei der Geschützregelung berücksichtigt werden. Das wiederum bewirkt eine Verschlechterung des Trefferbildes derart, dass es bei einem Feuerstoß zu einer unerwünschten Zunahme der Streuung (sigma-Wert der Standardabweichung) führt.
  • Aus der DE 32 29 819 A1 ist ein integriertes Navigations- und Feuerleitsystem für Kampfpanzer bekannt. Dabei werden die für das Feuerleitsystem vorhandenen Kreisel für die Navigation mit ausgenutzt. Beschleunigungsmesser und Wendekreisel, die an der Waffe sitzen, erzeugen Signale zur Auswertung. Dabei wird auch ein Roll-Nick-Ausgleich vorgenommen.
  • Mit einen weiteren Roll-Nick-Ausgleich befasst sich die DE 103 08 308 A1 . Hierbei werden für eine gegenüber einem Inertialsystem verdrehbare Plattform der Azimut- und der Elevationswinkel bezüglich der Plattform ermittelt und berücksichtigt.
  • Eine Schiffsbewegungs-Vorhersagevorrichtung offenbart die DE 603 18 394 T2 ( EP 1 474 326 B1 ). Die DE 38 82 347 T2 ( EP 0 321 127 B1 ) bezieht sich auf ein elektronisches Neigungsmesssystem. Ein Stabilisierungssystem für ein Gewehr ist der DE 698 32 339 T2 ( EP 0 898 144 B1 ) entnehmbar.
  • Aus der US 4,387,624 A ist eine Beschleunigungsvorrichtung von Geschützträger induzierten Bewegungen auf eine Waffe bekannt, die auf einem sich mit einem Objekt bewegenden Träger installiert ist.
  • Die vorgenannten Lösungen weisen den Nachteil auf, dass sie sehr aufwändig sind. Zudem berücksichtigt keine der Lösungen das Treffverhalten bzw. das aus einer Feuersequenz resultierende Trefferbild.
  • Hier stellt sich die Erfindung die Aufgabe, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Treffverhalten bzw. das Treffbild auf die trägerinduzierten Bewegungen zu optimieren bzw. zu adaptieren. Es wird en optimierter Kompromiss zwischen der Stabilisierungsperformance und dem Treffverhalten von Maschinenkanonen auf Geschützen (Träger) während der Feuersequenzen angestrebt. Dazu wird von einer historienbasierten, adaptiven Beschleunigungsbegrenzung der vom Messsystem(en) gemessenen Daten ausgegangen.
  • Während der Zeit, in der kein Waffeneinsatz erfolgt, also auch keine Feuersequenz gestartet wird, werden kontinuierlich die Messdaten des/der Messsystems/(e) gespeichert. Sind diese älter als einige Sekunden, können diese Daten gelöscht und nicht weiter verwendet werden, so dass stets eine aktualisierte Historie an Daten des Messsystems vorhanden und gespeichert ist, die für die Beschleunigungsbegrenzung verwendet werden.
  • Aus den Messdaten werden die während der Historie maximal auftretenden Beschleunigungen ermittelt. Der somit auf die jeweilige Trägerbewegung kontinuierlich adaptierte Maximalwert der Beschleunigung wird während jeder Feuersequenz verwendet, um die Messdaten des/der Messsystems(e) in Form einer Beschleunigungsbegrenzung zu limitieren und damit indirekt auch die Reaktion der Geschützregelung, d.h., die Stabilisierung der Rohrseelenachse.
  • Bei der Feuersequenz der Waffe bzw. Maschinenkanone von einem unbeweglichen Geschütz-Träger werden die durch die Rückstoßkräfte induzierten Störungen des Messsystems komplett unterdrückt, da in diesem Fall der Maximalwert der adaptiven Beschleunigungsbegrenzung bei Null liegt. Damit kann keine falsche Reaktion der Geschützregelung erfolgen.
  • Bei der Feuersequenz der Waffe bzw. Maschinenkanone von einem beispielsweise durch Seegang bewegten Geschütz-Träger werden alle Störungen des Messsystems unterdrückt, die über der zuletzt gemessenen Anregung (Seegang) liegen.
  • Dadurch wird insgesamt der Zugewinn an Stabilisierungsperformance durch den Einsatz einfacher Messsysteme an die jeweiligen Randbedingungen in optimaler Weise adaptiert, ein hinsichtlich dieser Einflüsse bestmögliches Treffbild (kleinstmöglicher sigma-Wert der Standardabweichung) bei Feuerstößen erzielt.
  • Vorgeschlagen wird eine Beschleunigungsbegrenzung von geschützträgerinduzierten Bewegungen auf eine Waffe, die auf einem sich bewegenden Träger (z.B. Schiff, Fahrzeug, Hubschrauber etc.) installiert ist. Um zu verhindern, dass derartige Bewegungen in eine Geschützregelung der Waffe eingehen, ist vorgesehen, dass die Bewegung des Trägers während der Zeit, in der kein Einsatz der Waffe erfolgt, gemessen wird. Diese kontinuierlich gemessenen Daten werden gespeichert und daraus einer Historie der maximal auftretenden Beschleunigungen des Trägers ermittelt. Während einer Feuersequenz der Waffe werden dann diese Messdaten für die Geschützregelung berücksichtigt.
  • Es entfallen zusätzliche Messsysteme zur Verbesserung der Stabilisierung bei trägerinduzierten Bewegungen, die dazu dienen, derartige Bewegungen herausfiltern etc. oder Maßnahmen zur Reduktion der Einflüsse von den Rückstoßkräften der Waffe auf das Messsystem während einer Feuersequenz. Der Anteil der durch diese Kräfte verfälschten Messdaten wird schlicht und einfach während dieser Phase "ignoriert".
  • Anhand eines in Blockbild vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.
  • Dargestellt ist eine Waffe bzw. Waffenstation oder ein Geschütz 1 mit wenigstens einem Waffenrohr 2, die / das auf einem Träger 3 befestigt ist. Auf dem Träger oder der Plattform 3 ist zudem wenigstens ein Messsystem 4 integriert. Der Träger 3 ist seinerseits auf einem Deck 5 eines Schiffes (oder einem Fahrzeug oder dergleichen) fest angebracht. Bedingt durch die Bewegung des Schiffes, hervorgerufen durch Seegang, umfasst das System eine nicht näher dargestellte, jedoch bekannte Geschützregelung, um die Waffe auf ein Ziel während des Seeganges konstant bzw. zielgerichtet ausrichten zu können. Das Messsystem 4 kann ein Gyroskop sein. Dieses wird in der Praxis bereits zur Geschützregelung selbst genutzt.
  • Die Funktion ist wie folgt:
    Während der Zeit, in der kein Einsatz der Waffe 1 erfolgt, werden kontinuierlich Messdaten des Messsystems 4 ermittelt. Diese werden in einen Rechner 6 geschrieben und gespeichert. Aus den Messdaten werden die während der aufgezeichneten Historie maximal auftretenden Beschleunigungen (Beschleunigungswerte) ermittelt.
  • Wird nun eine Feuersequenz gestartet, werden diese Messdaten als kontinuierlich adaptierter Maximalwert aus dem Rechner 6 herangezogen, die dann für die Begrenzung der Messdaten des Messsystems 4 verwendet werden. Damit werden, die während der Feuersequenz im Messsystem 4 auftretenden Rückstoßkräfte, die wesentlich größer sind als die trägerinduzierten Bewegungen, in der Geschützregelung nicht berücksichtigt. Diese durch die Rückstoßkräfte verfälschten Daten werden erfindungsgemäß während der Feuersequenz mit dem Maximalwert der gespeicherten Messdaten begrenzt.
  • Wie bereits angedeutet, ist die Lösung nicht nur auf den Einsatz auf Schiffen begrenzt, sondern kann auch bei Fahrzeugen in Bewegung, insbesondere im Gelände, etc. Anwendung finden.

Claims (8)

  1. Beschleunigungsbegrenzung von geschützträgerinduzierten Bewegungen auf eine Waffe (1), die auf einem sich mit einem Objekt bewegenden Träger (3) installiert ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    a) messen der Bewegung des Trägers (3) während der Zeit, in der kein Einsatz der Waffe (1) erfolgt,
    b) speichern der kontinuierlich gemessenen Daten des Messsystems,
    c) ermitteln einer Historie der maximal auftretenden Beschleunigungen des Trägers (3),
    d) verwenden dieser maximal auftretenden Beschleunigungen für die Begrenzung der in der Geschützregelung verwendeten aktuellen Messdaten des Messsystems während einer Feuersequenz der Waffe (1).
  2. Beschleunigungsbegrenzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Feuersequenz aufgenommenen Messsignale des Messsystems (4) nicht unterdrückt oder gefiltert, sondern basierend auf der Historie begrenzt werden.
  3. Beschleunigungsbegrenzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Feuersequenz alle Störungen des Messsystems (4) unterdrückt werden, die über der zuletzt gemessenen Anregung liegen.
  4. Beschleunigungsbegrenzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Messdaten des Messsystems (4), die älter als einige Sekunden sind, gelöscht und nicht weiter verwendet werden.
  5. Vorrichtung zur Beschleunigungsbegrenzung von geschützträgerinduzierten Bewegungen einer Waffe (1), die auf einem sich mit einem Objekt (5) bewegenden Träger (3) installiert ist, mit einer Waffe (1) mit wenigstens einem Waffenrohr (2), die auf einem Träger (3) befestigt ist, gekennzeichnet durch ein Messsystem (4), das dazu ausgebildet ist, die Bewegung des Trägers (3) während der Zeit kontinuierlich zu messen, und einen damit verbundenen Rechner (6), der dazu ausgebildet ist, die kontinuierlich gemessenen Daten des Messsystems (4) zu speichern, die aus den während einer aufgezeichneten Historie, in der kein Einsatz der Waffe (1) erfolgt, maximal auftretende Beschleunigungswerte zu ermitteln und die maximal auftretenden Beschleunigungen für die Begrenzung der in einer Geschützregelung verwendeten aktuellen Messdaten des Messsystems (4) während einer Feuersequenz der Waffe (1) zu verwenden.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (4) ein Gyroskop ist.
  7. Objekt (5) umfassend eine Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6.
  8. Objekt (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt ein Schiff oder ein Fahrzeug in Bewegung ist.
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