用于对武器管进行热补偿的装置和方法 |
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| 申请号 | CN201280027160.4 | 申请日 | 2012-06-04 | 公开(公告)号 | CN103582799B | 公开(公告)日 | 2015-12-23 |
| 申请人 | 莱茵金属防空股份公司; | 发明人 | D·布伦纳; R·迈尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于对武器（10）的武器管（11）进行热补偿的装置，所述武器具有至少一个武器管（11），所述武器管支承在管摇架（3）中以及支承在作为管摇架（3）的延长部的管支承件（4）中，在管摇架（3）和管支承件（4）上设置多个 温度 传感器 （p1-p16），所述温度传感器通过数据线路（6）与数据盒（7）连接，所述数据盒（7）与 数据处理 装置（9）连接，数据处理装置（9）能作用在武器（10）的 致动器 上。通过温度传感器（p1-p16）测量管摇架（3）和管支承件（4）的温度。然后，确定管摇架（3）和管支承件（4）的上侧与下侧之间以及右侧和左侧之间的温度差。利用所述值计算管倾斜度，通过调整武器管（11）在方位 角 和/或仰角上的定向来补偿所述管倾斜度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于对武器(10)的武器管(11)进行热补偿的装置，所述武器具有至少一个武器管(11)，所述武器管支承在管摇架(3)中以及支承在作为管摇架(3)的延长部的管支承件(4)中，其特征在于，在管摇架(3)和管支承件(4)上设置多个温度传感器(p1-p16)，所述温度传感器通过数据线路(6)与数据盒(7)连接，所述数据盒(7)与数据处理装置(9)连接，数据处理装置(9)通过温度差计算管倾斜度并能够作用在用于改变武器管(11)的定向的致动器上，以进行温度补偿。 |
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| 说明书全文 | 用于对武器管进行热补偿的装置和方法技术领域[0001] 本发明涉及一种武器、例如用于陆基或海基防空中的转塔武器的发射管。本发明特别是涉及一种支承在管摇架和管支承件中的武器管，其中所述管摇架在管支承件中被引导运动，以便实现稳定化、导向和振动缓冲，所述管支承件在多个位置承载或支承武器管。 背景技术[0002] 武器通常包括底架、转台和带有管支承件的管摇架，武器管支承在所述管支承件中(EP 1 154 219 A)。在太阳光入射时，管摇架的上侧会承受较大的温度提高，相反没有收到太阳光入射的下侧仅发生很小的温度升高。这样形成的温度差会导致管摇架的上侧和下侧之间不同热膨胀，从而会导致具有一定长度I的武器管在其自由端上离开原始的管轴线向下偏转一定的角度δ。这种偏转主要取决于环境影响和天气影响并会明显影响武器的命中概率。 [0004] 在每次发射时，武器管由于爆炸气体受到载荷，同时与由于武器管和射弹之间的摩擦产生摩擦热。这回导致武器管的温度升高。特别是当武器在速射中使用时就是这种情况。此时热量集中在武器的封闭端和管上侧，热量通过对流朝管上侧传递。这种由于发射引起的温度梯度也会导致管自由端的离开规定位置的偏转。 [0005] 根据DE 30 05 117的教导，一种简单的被动解决方案采用直接套装在武器管上的保护套，所述保护套根据DE 199 04 417的进一步教导构造成不对称的，以便消除不对称的升温。 [0006] DE 1918 422公开了一种由以很小的间距包围炮筒的金属套组成的热保护套，位于武器管和金属套之间的空气层起到隔热的作用。这个解决方案是静态的并且不能根据变化的环境条件反应。 [0008] DE 32 19 124以及GB 2,328,498公开了直接安装在武器管上的主动加热元件。加热条与管轴线平行地对外部温度效应进行过补偿，其方式是，所述加热条将武器管加热到比平均环境温度高约10℃的温度。武器管离开正常位置的偏转例如通过光学方法确定。 因为光学方法在发射时容易受到机械的系统载荷的影响，这种方法是非常耗能，同时又是非常迟缓的。 [0010] JP 7-91891的日文摘要公开了一种主动的通过光学系统实现的管弯曲测量并且同时还公开了通过在武器管的两端作用的液压缸实现的对管弯曲的补偿。这种方法非常复杂。此外，补偿仅能够在一个由管轴线和液压的中轴线形成的平面内进行。因此不能进行对方位角和仰角的一般性补偿。 发明内容[0011] 本发明的目的是，提供一种装置和一种方法，通过所述装置和方法即使在发射期间也能够实现对热导致的管弯曲的简单且非常经济的补偿。 [0012] 所述目的在装置方面通过一种用于对武器的武器管进行热补偿的装置实现，所述武器具有至少一个武器管，所述武器管支承在管摇架中以及支承在作为管摇架的延长部的管支承件中，其特征在于，在管摇架和管支承件上设置多个温度传感器，所述温度传感器通过数据线路与数据盒连接，所述数据盒与数据处理装置连接，数据处理装置通过温度差确定管倾斜度并能够作用在用于改变武器管的定向的致动器上，以进行温度补偿。在方法方面通过一种用于对武器的武器管进行热补偿的方法实现，所述武器具有至少一个武器管，所述武器管支承在管摇架中以及支承在作为管摇架的延长部的管支承件中，所述方法具有以下步骤：通过管摇架和管支承件上的温度传感器测量温度，确定管摇架和管支承件的上侧与下侧之间以及右侧和左侧之间的温度差，利用所确定的温度差计算管倾斜度，通过改变武器管的定向补偿所述管倾斜度。 [0013] 已知武器管在太阳光入射时向下弯曲。这种变形由于管支承件和摇架的上侧和下侧之间的温度差引起。管支承件的所述效应和摇架的所述效应可以看成是单独的问题；但为了确定总的管倾斜量应将其叠加(superponieren)。 [0014] 本发明因此以这样的构思为基础，即，使用温度传感器并由此提供一种用于温度关联的系统。所述系统这里在技术上能够确定管支承件的上侧和下侧之间的温度差(相对置的传感器)以及确定管支承件的右侧和左侧之间的温度差(相对置的传感器)。通过所述温度差来执行管倾斜度的计算。对管倾斜的补偿此时利用倾斜值来进行，其中补偿通过改变武器管在方位角和/或仰角上的定向来实现。同时可以采用对温度传感器的监控和数据盒。 [0015] 温度补偿函数作为附加的参数用于武器控制并且特别是用于武器的方位角和仰角的计算中。由此由温度引起的武器管偏转可以直接通过武器的伺服电机补偿。由此根据本发明的方法非常快速；通常能够以每秒几个10°的速度进行调节。 [0016] 同时可以在发射期间使用所述方法。不必将武器从发射准备就绪的状态转入未发射准备就绪的维护状态。由此提高了武器的使用时间。 [0019] 个别传感器的实现可以通过数学模型来补偿，因为可以以管摇架和管支承件中常见的温度分布为基础进行(可信性检查)。但对于多个传感器失效的情况，分析算法包含到不同的降级层次(Rückfallebene)。由此系统对于个别传感器数据的失效是特别稳定的。 [0020] 在本发明的改进方案中，记录温度相关函数的实现曲线并且为了以后的维护工作可以读出所述曲线将其存储在武器计算机中。由此，武器的热负荷可以事后记录，或能够发现计算算法中的错误(误差)。 [0021] 根据军事上常见的温度范围，为了实现功能正常的工作方式而设计传感器和数据盒，通常所述温度范围在-46℃至+120℃之间。在这个温度范围内，能够以足够高的分辨率和精度进行测量。所述分辨率和精度由所采用的数学模型实现，在实践中已经证明0.1°的分辨率和0.2°的精度就足够了。 [0022] 因此所述构思的突出之处在于： [0023] 利用传统的温度传感器实现的非常简单的测量方法；系统经济且稳定，[0024] 传感器存在冗余，同时对于个别传感器失效实现了系统大的故障可靠性，[0025] 通过武器驱动装置实现了对管变形非常快速的补偿， [0026] 可以在发射期间使用，即使在速射时也可以使用， [0029] 下面参考附图根据实施例对本发明进行详细说明。其中： [0031] 图2示出在管摇架和管支承件中具有根据本发明的装置的炮塔，[0032] 图3示出图2的传感器布置的简化视图， [0033] 图4示出所述方法的框图。 具体实施方式[0034] 图1示出传统的转塔武器10，它具有炮塔1、底架2、管摇架3以及作为管摇架3的延长部的管支承件4。管支承件4主要包括管状桁架结构(没有详细示出)并且可以和整个武器10一样通过保护壳(没有详细示出)覆盖。 [0035] 根据图2这种武器10在管摇架3和管支承件4的区域中设有多个温度传感器p1-pn，优选的数量为16个。通过这16个传感器(p1-p16)在管支承件4处(12个传感器)和在摇架壁3处(四个传感器)测量温度。插接盒5收集来自管支承件4和摇架3的各温度传感器p1-p16的信号并通过数据连线6将这些信号传输给数据盒7，在数据盒中将温度传感器的模拟信号数字化。接着，数据盒7将这些数据通过以太网连接8发送给GCU 9(DVS)。GCU此时通过相对于水平方向的偏移(倾斜值调整)补偿变形。数据盒7包括模/数转换器和带以太网的服务器。 [0036] 传感器在管摇架以及管支承件中的布置以及各部件的连接在下面进行说明。如图3所示，基本上垂直于管轴线限定四个平面，其中一个平面E4优选位于管摇架中，三个平面E1-E3位于管支承件中。这些平面分别带有四个由现有技术已知的温度传感器(例如PT 100)，这些温度传感器优选设置在平面的角部区域中。第一个平面E1在膛口附近带有四个传感器p1-p4，朝管摇架方向的下一个平面E2带有四个传感器p5-p8，以此类推。这些传感器通过数据线路6与数据盒7连接。数据盒7将温度传感器的模拟信号数字化并将温度数据通过数据连接8发送给GCU9。借助于这种布置形式可以测量管摇架3和管支承件4的温度分布。 [0037] 温度传感器p1-p16的值被数字化并传输给数据处理装置(GCU 9)。同时将其与武器管11的相应的误差值进行比较。对于由温度引起的管偏转，建立一个数学模型，所述数学模型利用优化参数建立测量传感器p1-p16的温度值与总的管偏转的关系。 [0038] 根据本发明的方法的过程在图4中概括地示出。对于本领域技术人员，由其中示出的一般性算法不需要付出额外劳动即可看出，如何设计对方位角误差或两种误差的混合形式的补偿，从而这里可以不必给出具体的说明。本发明同样涉及对方位角误差的补偿。数值(无量纲的)的加权系数a、b、g可以事先输入到系统(GCU)中，或者在测量或建造武器10时确定并结合到数学模型中。 [0039] 对温度值进行多项式化，以便对于管误差的映射进行长度上的考察。GCU 9由数据盒7获得分别带有用于相关传感器的角标的温度值T。由此在管支承件和摇架的每个传感器平面E1至E4在仰角方向上得到平均的温度差。与此同时还确定，传感器是否功能正常并提供可信的值，以及有多少个传感器功能正常并提供可信的值。 [0040] 由 [0041] [0042] 至 [0043] [0044] 得出在平面E1值E4中的温度差。对于每个传感器平面，通过采用以下关系得出管倾斜度V，其中a和b是数值的适配参数。这可以由下式得出： [0045] 由 [0046] VE1_管_P_El＝aR_El·TE1_温差_El+bR_El[弧度] [0047] 至 [0048] VE3_管_P_El＝aR_El·TE3_温差_El+bR_El[弧度] [0049] 和 [0050] VE4_管_P_El＝aW_El·TE4_温差_E4+bW_El[弧度] [0051] 接着对于每个传感器平面E1-E4对所确定的总的管倾斜度进行加权。由此简化了可信度监控并确保了模块性，以便计算总的管倾斜度(在一个传感器平面失效的情况下)。其中有： [0052] V管＿R_P_El＝VE1_管_P_El·g1_El+VE2_管_P_El·g2_El+VE3_管_P_El·g3_El[弧度][0053] 和 [0054] V管＿R_P_El＝VE4_管_El·g1_El[弧度] [0055] 其中带有数值的适配加权参数g。 [0056] 在另一个实施形式中，附加地考虑系统的固有惯性。这是这样形成的，即，与对武器管11和管支承件4或管摇架3中的梯度进行补偿相比，测量传感器p1-p16能够明显更为快速地指示温度变化。为了考虑到施加上的测量延迟，叠加一个所谓D分量，用于进行控制。所述D分量由管支承件4和摇架3的前面所述的P分量的一阶数值导数组成。 [0057] [0058] 和 [0059] [0060] 将上式乘以D参数。 [0061] [0062] 和 [0063] [0064] 其中D参数也是数值的适配参数。总的管倾斜度由管支承件和摇架的P分量和D分量的和确定。 [0065] V管_El＝V管_R_P_El+V管_W_P_El+V管_R_D_El+V管_W_D_El[弧度] |
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