NL8001201A - Vuurleidinginrichting voor een vliegtuigafweerstelsel. - Google Patents

Description

10 28.374 ί ί

ι VHHHWI

Eorte aanduiding: Vuurleidinginrichting voor een vliegtuigafweer- stelsel.

De uitvinding heeft betrekking op een vuurleidinginrichting voor een vliegtuigafweerstelsel onder toepassing van een digitale rekeninrichting, waaraan door sensoren positie-informatie omtrent vliegende voorwerpen wordt toegevoerd.

5 In een vuurleidinginrichting voor vliegtuigafweerstelsels is de zogenaamde voorhoudrekeninrichting bijzonder belangrijk. Het probleem bij deze voorhoudrekeninrichting bestaat daarin, dat het wapen zodanig moet worden gericht, dat doel en projectiel op het-zelfde moment dezelfde plaats bereiken. Zoals uit figuur 1 blijkt, 10 aan de hand waarvan de berekening van de trefpunbsvektor wordt weergegeven, moet voor het bepalen van deze trefpuntsvektor r^ be-halve de doelinformatie, die door een sensor wordt geleverd, ook rekening worden gehouden met de ballistiek van het projectiel. Voor het rekenkundig vaststellen van de voorhoud kunnen de volgende twee 15 vergelijkingen worden opgesteld: 1 * + ^DOEB Tf ^1) 2* Tf = fBAL (¾) °f = fBAL ^f^ (2)

In vergelijking 1 betekent = meetpuntsvektor; ^DOEL = ^ο®^11®!*1®^; 20 = vliegtijd van het projectiel (onbekend).

Vergelijking 2 stelt een empirisch gemiddelde, niet algebra-' ische functie voor. De oplossing van de vergelijkingen (1) en (2) kan derhalve mathematisch alleen door een iteratierekening geschie-den.

25 In de voorhoudrekeninrichting kunnen voor het oplossen van de vergelijkingen 1 en 2 analoge en digitale rekeninrichtingen worden toegepast. Bij toepassing van een analoge rekeninrichting wordt in het algemeen een vergelijkingsschakeling met servostelsel toegepast. Daarbij bootst d£n as van de rekeninrichting de vliegtijd van het 50 projectiel na. Een signaal dat volgens vergelijking 1 wordt verkre-gen uit het verschil van de trefpuntsvektoren drijft deze as zolang aan, tot de juiste vliegtijd van het projectiel en daarmee het juiste trefpunt is vastgesteld.

. , 8001201

Until ♦ > '2f5i0

Bij toepassing van een digitale rekeninrichting vindt de oplos-sing meestal plaats volgens de iteratiemethode. Een moeilijkheid hierbij is echter de noodzakelijk korte rekentijd die ontstaat door de noodzakelijkheid van het zogenaamde real-tijdbedrijf.

5 Door de steeds toenemende eisen die aan vuurleidinginrichtingen worden gesteld knnnen in het algemeen door electromechanische ana-loge rekeninrichtingen geen voldoende aanpassingsvermogen, nauw-keurigheid en betrouwbaarheid worden bereikt.

De onderhavige uitvinding beoogt thans voor een vuurleidingin-10 riehting van de in de aanhef genoemde soort een vereenvoudigde be-paling van de voorhoud onder vermijding van de iteratiemethode mo-gelijk te maken. Yolgens de uitvinding wordt dit aldus opgelost, dat voor de bepaling van de voorhoud voor het afweerwapen, uitgaan-de van informatie betreffende een vliegend voorwerp die door de 15 sensor wordt geleverd, de bepaling van een trefpuntsvektor ge- schiedt onder toepassing van een hypothetisch voorafbepaalde tref-tijdstip dat volgt uit de som van de vliegtijd van het projectiel en een wachttijd.

Door de invoering van een wachttijd t kan een veel tijd in 20 beslagnemende oplossing van het bovengenoemde vergelijkingsstelsel 1 en 2 voor de berekening van de voorhoud met behulp van een digitale rekeninrichting worden omzeild. Voor de bepaling van de voorhoud kan thans een enkele vergelijking worden aangegeven, waarin met tQ het tijdstip van de doelmeting en met t^ het voorafbepaalde 25 trefmoment worden aangegeven.

rT(tl) = rM(tO) + ^DOEL (tO) * (t1 " V

Deze vergelijking kan direkt worden opgelost, omdat alle grootheden aan de rechterzijde bekend zijn. Hiertoe wordt bij het vangen van een vliegend voorwerp door de metende sensor bij een 50 uit de doelinformatie berekende benaderende projectieltijd een tijd ^ t van zodanige grootte opgeteld, dat de som van de benaderde vliegtijd van het projectiel en At gelijk aan of groter is dan de vliegtijd van het projectiel naar het trefpunt. Met de kennis van de trefpuntsvektor y die in de voorhoudrekeninrichting wordt 55 bepaald, kunnen de wapens worden gepositioneerd en kan de exacte vliegtijd van het projectiel naar het trefpunt en de wachttijd op eenvoudige wijze worden vastgesteld. De oplossing van het eerste schot moet naar de wachttijd t geschieden: = - V - Tf · -Ο) Λ Λ ,i .A fv 4

·· ; . 3 t-· -J

v y,;· ··* -T

_ ✓ * --'·* λι*»·*»**^'***»*·^-' -»-rf»i'Wrii r ii> emmets*»***'^ -3- : i

Bij alle volgende rekenstappen wordt de telkens in de vooraf-gaande stap berekende exacte vliegtijd van het projectiel als be-naderingswaarde van deze vliegtijd toegepast. Hierdoor kanAt en daarmee de wachttijd t sterk worden gereduceerd.

5 Be keuze van het treftijdstip moet aan de volgende kriteria voldoen: 1. Be tijd - tQ tussen het treftijdstip en het meettijdstip moet groter zijn dan de vliegtijd van het projectiel tot het trefpunt.

10 2. Het tijdverschil tussen twee op elkaar volgende treftijdstippen moet klein zijn; dit betekent dat de afstand tussen twee opel-kaar volgende trefpunten klein wordt .

Het verschil met de tot nu toe toegepaste voorhoudmethoden ligt daarin, dat geen continue trefpuntsbaan zoals bij analoge rekenin-15 richtingen ( respetievelijk een quasicontinue trefpuntsbaan bij digitale rekeninrichtingen volgens de iteratiemethode) wordt opge-wekt, maar een aftasting van de trefpuntsbaan plaatsvindt.

Naast het voordeel van de vereenvoudigde voorhoud berekening ontstaat ook een gunstiger regelalgoritme voor de projectielbestu-20 ring:

Het resultaat bij een iteratiemethode is de gewenste positie van het projectiel op het momentele tijdstip. Bij de baanaftast-methode wordt volgens de uitvinding de gewenste positie geleverd voor een tijdstip dat nog in de toekomst ligt, zodat principieel 25 een nasturing zonder regelafwijking mogelijk is. Be tijdspeelruimte volgt dan uit het verschil tussen de tijdvoorsprong (t^ - tg) en de vliegtijd van het projectiel (orde van grootte ms).

Be uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de figuren 2 tot en met 4· JO Piguur 2 toont een vereenvoudigd vektordiagram voor het vast- stellen van de voorhoud bij invoering van een wachttijd;

Biguur 3 toont een schakelschema voor een vuurleidingrekenin-richting die volgens het principe van de wachttijd 35 werkt;

Figuur 4 toont de nabootsing van de trefpuntsbaan samengesteld uit aftastpunten.

Be sensor van een afweerinrichting A (fig. 2), bijvoorbeeld een gepantserd voertuig met een vliegtuigafweerkanon, stelt op het tijd- .

8001201 stip de plaats vast van een vliegend voorwerp M. De bijbehoren-de meetpuntsvektor is met r^ aangegeven. Gedurende de vliegtijd van een door de afweerinrichting A afgevuurd schot legt het vlie-gende voorwerp (doel) de weg af en bereikt het op het 5 tijdstip tQ + de doelplaats T. Door de invoering van een wacht-tijd t wordt een treftijdstip T. gegeven, dat met de trefpunts-

W I

vektor r^t^) wordt aangegeven.

De principiSle werking van de vuurleidingrekeninrichting voor de bepaling van de voorhoud overeenkomstig het wachttijdprincipe zal aan de hand van figuur 3 nader worden toegelioht. Uitgaande van 10 de door de sensor geleverde doelinformatie r^, r^ op het tijdstip ΐφ wordt een treftijdstipbepaling t^ uitgevoerd. Dit treftijdstip moet zodanig worden gekozen, dat de tijd t^ steeds groter is dan de vliegtijd van het projectiel tot het trefpunt. De doelinformatie van de sensor bereikt de ingang van de vuurleidingrekenin-15 richting in een trap 1 voor de transformatie van de cobrdinaten en daarna voor de berekening van de snelheid en de versnelling, de voorhoudrekeninrichting 2 en een trap 3> waarin nit de doelinformatie een benaderde vliegtijd voor het projectiel wordt bere-kend. In een daaropvolgende trap 4 wordt bij de benaderde vliegtijd 20 Tf0 voor het projectiel ύέη tijd 4t worden opgeteld met zodanige grootte, dat voldaan wordt aan: (Tf0 +£t) = Tf

Het in de uitgang van de trap 4 verkregen treftijdstip t^ bereikt dan de voorhoudrekeninrichting 2,die overeenkomstig vergelijking 25 (3) de trefpunts vektor r^t^) bepaald.

In de trap 5 wordt vervolgens de afvuurhoek berekend en na een hernieuwde coSrdinatentransformatie in het richttoestel van het wapen doorgegeven. Tegelijkertijd wordt in de trappen 6 en 8 uit de trefpuntsvektor de vliegtijd van het projectiel en de wacht-30 tijd t bepaald.

In de volgende rekencyclus wordt de in de uitgang van de reken-inrichting 6 voor de vliegtijd van het projectiel verkregen vliegtijd I3?£ als benaderingswaarde gebruikt voor een verbeterde tref-tijdstipsbepaling in de trap 7· Ua omsturing van een schakelaar S 35 ontvangt dan de voorhoudrekeninrichting 2 het treftijdstip van de uitgang van trap 7· Daardoor kan de tijd At, tot circa 0,01 seconde worden gereduceerd.

In figuur 4 wordt de werking van de wachttijdmethode voor de 8 0 C 1 2 0 1 -5- ; 1 vaststelling van aftastpunten van een trefpuntsbaan TB weergegeven. Op 4θ tijdstippen ^(2) ··· %et(i) > «*. ov.reenko- men met de baanpunten a, b, c van het vliegtraject F van het doel volgt op afstanden van bijvoorbeeld 20 milliseconde een doelinfor-5 matie invoer aan de voorhoudrekeninrichting. Het tijdstip vanaf de aanvang van de voorhoudrekeninrichting is aangegeven met ^ ^·

Uitgaande van de eerste metingen van het doel op het tijdstip ^Meet(l) wor^ eers-fce trefpunt T^ op het tijdstip be- paald. Be wachttijd is voor dit eerste treftijdstip relatief groot 10 gekozen (circa 0,05 tot 0,5.seconde).

Be tijdlijnen ZL van alle treftijdstippen worden voorgesteld door concentrische cirkelbogen om het baanpunt a bij de aanvang van de voorhoudberekening. Het eerste treftijdstip wor^ zolang aangehouden, tot de wachttijd t^ tot beneden een bepaalde 15 minimumwaarde daalt (bijvoorbeeld 0,05 seconde in figuur 4)·.·0ρ de eerste tijdlijn ZI, die overeenkomt met de trefti jdstippen tot ^rpre;f(f liggen de trefpunten T1 tot Ti. Ondanks het aan-houden van het treftijdstip verandert de afwijking van de trefpunten van het vliegtraject 3? gedurende deze tijd van T^ via Tg tot 20 IL vanwege de voortdurend veranderende ..doelmeetinformatie (bijvoorbeeld binnen kloksignalen die 20 milliseconde uit elkaar liggen).

Pas na het dalen van de wachttijd t tot onder de minimumwaarde wordt het volgende treftijdstip ‘*'rpref ) uit en een tijddoorschakeling (bijvoorbeeld 0,02 seconde) vastgelegd. Baaruit 25 volgen aftastpunten van de trefpuntsbaan TB op afstanden van bijvoorbeeld 0,02 seconde, waaruit bij een doelsnelheid van 300 m/s trajectafstanden van 6 meter volgen. Be afwijkingen tussen de trefpunten T1 tot Ti van het baantraject F kenmerken het inslingerpro-ces bij de voorhoudberekening. In ingeslingerde toestand is de 30 trefpuntsbaan praktisch identiek aan het vliegtraject van het doel.

Q n · H A 1

' ' 1 | KJT B

•Ί, v * z£E3 -C- **

Claims (6)

1. Vuurleidinginrichting voor een vliegafweerstelsel on&er toepassing van een digitale rekeninrichting, waaraan door sensoren positie-informatie van een vliegend voorwerp wordt toegevoerd, met het kenmerk, dat voor de bepaling van de voorhoud 5 voor het afweerwapen, uitgaande van de sensorvanginformatie van een vliegend voorwerp, de bepaling van een trefpuntsvektor r^(t^) onder toepassing van een hypothetisch voorafbepaald treftijdstip (t^) plaatsvindt, die wordt samengesteld uit de som van de vliegtijd (T-) van het projectiel en een wachttijd (t ). X w

2. Yuurleidinginrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat bij het vangen van een vliegend voorwerp door een sensor bij een uit de doelinformatie berekende benaderde vlieg-tijd (T^q) van het projectiel een tijd (At) met zulke grootte wordt opgeteld, dat de som uit de vliegtijd (T^q) van het projec- 15 tiel en de tijd ( Z^t) gelijk aan of groter is dan de vliegtijd (Tf) van het projectiel naar het trefpunt en dat na bepaling van de trefpuntsvektor (r^, (t^)) in de voorhoudrekeninrichting de vliegtijd (T^) van het projectiel, de wachttijd (t^) en de afvuur-hoek worden bepaald. 20

3· Vuurleidinginrichting volgens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, dat de vliegtijd (T^) van het projectiel in de vol-gende rekencyclus als benaderingswaarde voor de bepaling van het trefpunt wordt gebruikt.

4· Vuurleidinginrichting volgens 44n der voorgaande conclusies, 25 met het kenmerk, dat een nabootsing van een trefpunts-baan uit aftastpunten wordt gevormd.

5. Vuurleidinginrichting volgens ddn der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan de wapenbesturing een zodanige voorafinformatie wordt gegeven, dat de gewenste positie en het tijd- 30 stip waarop deze positie meet worden bereikt, vooraf wordt bepaald.

6. Vuurleidinginrichting volgens 44n der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vrijgave van het eerste schot door een bedrijfprocesbesturingsinrichting wordt vertraagd met de wachttijd (t^) zodat het vliegend voorwerp en het projectiel op de 35 hypothetisch voorafbepaalde tijd dezelfde plaats bereiken. 8 0 § 1 2 0 1