VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR THERMALKOMPENSATION EINES WAFFENROHRES |
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申请号 | EP12725763.2 | 申请日 | 2012-06-04 | 公开(公告)号 | EP2718657B1 | 公开(公告)日 | 2016-05-18 |
申请人 | Rheinmetall Air Defence AG; | 发明人 | BRUNNER, Dominic; MEIER, Raffael; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung betrifft ein Geschützrohr einer Waffe, beispielsweise einer Revolverkanone zum Einsatz in der land- oder seegestützten Flugabwehr. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein in einer Rohrwiege und einer Rohrabstützung gelagertes Geschützrohr, wobei die Rohrwiege zur Stabilisierung, Führung und Schwingungsdämpfung in eine Rohrabstützung fortgeführt wird, die das Rohr an mehreren Stellen trägt bzw. abstützt. Ein Geschütz umfasst in der Regel eine Unterlafette, einen Turm und eine Rohrwiege mit Rohrabstützung, in der das Rohr gelagert ist ( Derartige thermale Unterschiede können auch seitlich auftreten - etwa wenn die Waffe zum Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang primär von der Seite Sonnenstrahlung erfährt oder auch durch Wind, der die windzugewandte Geschützseite stärker kühlt als die windabgewandte Seite. Während eines realen Einsatzes werden derartige Effekte in Kombination auftreten. Bei jedem Schuss wird das Rohr durch die Explosionsgase beansprucht und gleichzeitig wird durch die mechanische Reibung zwischen Rohr und Projektil Reibungswärme erzeugt. Dies führt zu einer Temperaturerhöhung des Rohrs. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Waffe im Serienfeuer verwendet wird. Dann wird die Wärme am Verschlussende der Waffe und auf der Rohroberseite - wohin die Wärme durch Konvektion übertragen wird - konzentriert. Auch dieser schussbedingte Temperaturgradient führt zu einer Auslenkung des freien Rohrendes aus der Sollposition heraus. Einfache passive Lösungen verwenden nach der Lehre der Die Doppelwandige Geschützhüllen führen nach der Lehre der Aktive Heizelemente direkt auf dem Waffenrohr aufgebracht offenbaren die Den schussbedingten Temperaturanstieg misst nach Der japanische Abstract Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mittels derer eine einfache und sehr kostengünstige Kompensation einer thermisch induzierten Rohrverbiegung auch während der Schussabgabe möglich ist. Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 in Hinblick auf die Vorrichtung und Patentanspruch 6 in Hinblick auf das Verfahren. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt. Bekanntlich neigt sich das Waffenrohr bei Sonneneinstrahlung nach unten. Diese Deformation wird durch Temperaturunterschiede zwischen der oberen und unteren Seite der Rohrabstützung und der Wiege verursacht. - Der Effekt der Rohrabstützung und der Effekt der Wiege können grundsätzlich als separate Probleme betrachtet werden; sollten jedoch zur Ermittlung der totalen Rohrneigung superponiert werden. Der Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, Temperatursensoren einzusetzen und somit ein System zur Temperaturkorrelation zu schaffen. Das System ist dabei technisch in der Lage, Ermittlung der Temperaturdifferenzen zwischen der oberen und unteren Seite der Rohrabstützung (der gegenüberliegenden Sensoren) zu ermitteln sowie zwischen der rechten und linken Seite der Rohrabstützung (der gegenüberliegenden Sensoren). Die Berechnung der Rohrneigung wird mittels der Temperaturdifferenzen durchgeführt. Die Kompensierung der Rohrneigung erfolgt dann über den Inklinationswert, wobei die Kompensierung durch Änderung der Ausrichtung der Rohres in Azimut und / oder Elevation erfolgt. Gleichzeitig kann eine Überwachung der Temperatursensoren und der Databox eingebunden werden. Die Temperaturkompensationsfunktion wird als zusätzlicher Parameter in die Waffensteuerung und insbesondere in die Berechnung von Azimut und Elevation der Waffe verwendet. Damit kann eine temperaturbedingte Rohrauslenkung direkt durch die Servomotoren der Waffe kompensiert werden. Damit ist das erfindungsgemässe Verfahren sehr schnell; es regelt mit der üblichen Geschwindigkeit von bis zu mehreren 10° pro Sekunde. Gleichzeitig kann das Verfahren während des Schiessens eingesetzt werden. Es ist nicht notwendig, die Waffe aus dem schiessbereiten Zustand in einen nicht schiessbereiten Wartungszustand zu versetzten, um die Rohrkompensation vorzunehmen. Damit erhöht sich die Einsatzdauer der Waffe. Für die erfindungsgemässe Vorrichtung sind nur wenige technische Modifikationen vorzunehmen. Im Wesentlichen genügt auf der Hardwareseite die Installation bekannter Temperaturfühler sowie deren Verbindung mit der Databox. Damit ist die Vorrichtung sehr kostengünstig. Die Rohrkompensation induziert keine neuen Biegemomente oder Spannungen im Rohr. Damit erhöht sich die Lebensdauer der Waffe. Der Ausfall einzelner Sensoren kann über ein mathematisches Modell kompensiert werden, da von einer stetigen Temperaturverteilung in der Rohrwiege und Rohrabstützung ausgegangen werden kann (Plausibilitätscheck). Der Auswertalgorithmus enthält aber diverse Rückfallebenen für den Fall, das mehrere Sensoren ausfallen. Damit ist das System besonders stabil gegenüber dem Ausfall einzelner Sensordaten. In Weiterführung der Erfindung wird der zeitliche Verlauf der Temperaturkorrelationsfunktion aufgezeichnet und wird für spätere Wartungsarbeiten auslesbar im Geschützrechner gespeichert. Dadurch kann die thermische Belastung des Geschützes im Nachhinein protokolliert werden oder Fehler im Berechnungsalgorithmus können aufgedeckt werden. Entsprechend den militärisch üblichen Temperaturbereichen sind die Sensoren und die Databox für eine funktionstüchtige Arbeitsweise ausgelegt, üblicherweise von -46°C bis +120°C. In diesem Temperaturbereich werden die Messungen mit einer ausreichend hohen Auflösung und Genauigkeit durchgeführt. Auflösung und Genauigkeit ergeben sich aus dem verwendeten mathematischen Modell, eine Auflösung von 0.1°C und eine Genauigkeit von 0.2°C haben sich in der Praxis als ausreichend erwiesen. Die vorliegende Idee zeichnet sich somit aus durch:
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:
Nach Die Anordnung der Sensoren in Rohrwiege und Rohrabstützung sowie die Verbindung der Komponenten wird nachfolgend beschrieben. - Ausgehend von Die Werte der Temperaturmessfühler p1-p16 werden digitalisiert und an die Datenverarbeitungseinrichtung (GCU 9) übertragen. Gleichzeitig werden sie mit den jeweiligen Ablagewerten des Rohrs 11 verglichen. Für die temperaturinduzierte Rohrauslenkung wurde ein mathematisches Modell erarbeitet, welches mit Optimierungsparametern den Zusammenhang zwischen den Temperaturwerten der Messfühler p1-p16 und der Gesamt-Rohrauslenkung herstellt. Der Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens ist zusammengefasst in Die Temperaturwerte werden polynomisiert, um eine Längenbetrachtung für die Abbildung des Rohrfehlers zu erhalten. Die GCU 9 erhält von der Databox 7 Temperaturwerte T mit jeweils einem Index für den betreffenden Sensor. Damit werden gemittelten Temperaturdifferenzen in Elevation von jeder Sensorebene E1 bis E4 der Rohrabstützung und der Wiege ermittelt. Parallel dazu wird ermittelt, ob und wie viele der Sensoren funktionstüchtig sind und plausible Werte liefern. Anschliessend wird die ermittelte gesamte Rohrneigung wird für jede Sensor-Ebene E1- E4 gewichtet. Dadurch wird die Plausibilitätsüberwachung vereinfacht und um die Modularität zur Berechnung der gesamten Rohrneigung (falls eine Sensor-Ebene ausfällt) zu gewährleistet. Es ergibt sich: In einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich die inhärente Trägheit des Systems berücksichtigt. Diese entsteht dadurch, dass die Messfühler p1-p16 wesentlich schneller Temperaturänderungen anzeigen können, als sich dieser Gradient in Rohr 11 und Rohrabstützung 4 bzw. Rohrwiege 3 ausgleichen kann. Zur Berücksichtigung des zeitlichen Messverzuges wird ein sog. D-Anteil zur Steuerung addiert. Dieser setzt sich zusammen aus der ersten numerischen Ableitung der zuvor genannten P-Anteile der Rohrabstützung 4 und der Wiege 3. Dieser wird mit den D-Parametern multipliziert. |