(57)【要約】  銃身クレードル（３）内および銃身クレードル（３）の延長部分としての銃身支持体（４）内に取付けられた少なくとも１つの武器銃身（１１）を有する銃（１０）の武器銃身の熱補償を実施するための装置および方法において、銃身クレードル（３）および銃身支持体（４）内に複数の温度センサ（ｐ１〜ｐ１６）が組み込まれ、データライン（６）を介してデータボックス（７）に接続されており、データボックス（７）はデータ処理装置（９）に接続されており、ここでデータ処理装置（９）は銃（１０）のアクチュエータに作用できることを特徴とする装置及び方法が提供されている。銃身クレードル（３）および銃身支持体（４）における温度は、温度センサ（ｐ１〜ｐ１６）を用いて測定される。銃身クレードル（３）と同様銃身支持体（４）の上側と下側の間および右側と左側の間の温度差が次に決定される。その後、これらの値から銃身の傾斜が計算され、銃身の傾斜は次に、方位および／または仰角における武器銃身（１１）の配向を調整することによって補償される。【選択図】図２
2014521910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銃身クレードル（３）内および銃身クレードル（３）の延長部分としての銃身支持体（４）内に取付けられた少なくとも１つの武器銃身（１１）を有する銃（１０）の武器銃身（１１）の熱補償を実施するための装置において、
銃身クレードル（３）および銃身支持体（４）内に複数の温度センサ（ｐ１〜ｐ１６）が組込まれ、
温度センサはデータライン（６）を介してデータボックス（７）に接続されており、  データボックス（７）はデータ処理装置（９）に接続されており、
データ処理装置（９）は温度差を用いて銃身の傾斜を計算し、熱補償を実施するためにデータ処理装置（９）は武器銃身（１１）の配向を変更させるべくアクチュエータに作用することができる、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
好ましくは１６個の温度センサ（ｐ１〜ｐ１６）が組込まれており、個数の変更が可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
好ましくは４つの平面（Ｅ１〜Ｅ４）が、銃身軸に対して実質的に垂直に画定されており、１つの平面（Ｅ４）が好ましくは銃身クレードル（３）内に位置設定され、３つの平面（Ｅ１〜Ｅ３）が好ましくは銃身支持体（４）内に位置設定されている、
ことを特徴とする請求項１にまたは２に記載の装置。
【請求項４】
温度センサ（ｐ１〜ｐ１６）が好ましくは平面（Ｅ１〜Ｅ４）のコーナーの領域内に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
銃身支持体（４）がフレーム様である、ことを特徴とする請求項１〜４の一項に記載の装置。
【請求項６】
アクチュエータが銃自体のサーボモータであり、このサーボモータにより、武器銃身（１）は、その方位角および／または仰角に配向され得る、ことを特徴とする請求項１〜５の一項に記載の装置。
【請求項７】
銃身クレードル（３）内および銃身クレードル（３）の延長部分としての銃身支持体（４）内に取付けられている少なくとも１つの武器銃身（１１）の熱補償を実施するための方法において、
銃身クレードル（３）および銃身支持体（４）上で温度センサ（ｐ１〜ｐ１６）を用いて温度を測定するステップと；
銃身クレードル（３）ならびに銃身支持体（４）の上側と下側の間および右側と左側の間の温度差を決定するステップと；
決定された温度差を用いて銃身の傾斜を計算するステップと；
武器銃身（１１）の配向を変更することにより銃身の傾斜を補償するステップと；
を有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
銃身支持体（４）および銃身クレードル（３）の各センサ平面（Ｅ１〜Ｅ４）の温度差が、仰角および／または方位角で決定される、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
温度により誘発される銃身偏向が、武器の実際の銃のサーボモータなどのアクチュエータによって直接補償される、ことを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
個別の温度センサ（ｐ１〜ｐ１６）の故障が、数学モデルを用いて補償される、ことを特徴とする請求項７〜９の一項に記載の方法。
【請求項１１】
評価アルゴリズムが、複数の温度センサ（ｐ１〜ｐ１６）が故障した場合のためのさまざまな予備値を含む、ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１２】
システムの固有の慣性も同様に考慮に入れられる、ことを特徴とする請求項７〜１１の一項に記載の方法。
【請求項１３】
温度相関関数の時間による変化が記録される、ことを特徴とする請求項７〜１２の一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記時間による変化が同様に、銃コンピュータ内で読取り可能な形で後日のメンテナンス作業のために記憶される、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上発射または海上発射の対空システムにおいて使用するための回転式銃などの武器の銃身に関する。詳細には、本発明は、安定化、誘導および振動減衰を目的として銃身クレードルが銃身支持体へと延長されており、前記銃身支持体が複数の場所で銃身を担持または支持している、銃身クレードルおよび銃身支持体内に取りつけられた銃身に関する。
【背景技術】
【０００２】
銃は、一般に、下部架台、タレットおよび銃身が内部に取付けられる銃身支持体を伴う銃身クレードルを含む（特許文献１）。太陽放射が発生した場合、銃身クレードルの上側は、比較的大きな温度上昇を起こし、一方太陽放射を受けていない下側の温度上昇は比較的少ないものにすぎない。結果としてもたらされる温度差は、銃身クレードルの上側と下側の間で異なる熱膨張を導き、その結果、一定の長さ１を有する銃身は、その自由端において一定の角度δだけ原初の銃身軸から外れ下向きに偏向する。この偏向は、環境の影響および天候の影響に大きく左右され、それ自体、武器の標的的中率に有意な影響を及ぼす。
【０００３】
このような温度差は、例えば、武器が、日昇または日没のいずれかの側から主として太陽放射を受ける場合に、あるいは風から離れている側よりも風に対面する側の方で銃身をより大きく冷却する風に起因して、横方向にも発生する可能性がある。実際の使用中、このような効果は組合わさって発生する。
【０００４】
銃が発砲された場合、銃身は爆発の気体による応力を受け、同時に銃身と発射体の間の機械的摩擦によって摩擦熱が生成される。こうして、銃身の温度上昇が導かれる。このことは特に、武器が速射で使用される場合にあてはまる。このとき、熱は武器の銃尾端および銃身の上側に集中し、熱は対流によってこれらの部分に伝達される。発砲により誘発されるこの温度勾配もまた、銃身の自由端を所望の位置から偏向させることになる。
【０００５】
特許文献２の教示に係る単純な受動的解決法は、銃身上に直接取付けられる保護鞘を使用しており、ここで、特許文献３のさらなる教示に係る保護鞘は、非対称の加熱に対抗するために半径方向に対称な形で実施されていない。
【０００６】
特許文献４は、小さな距離を置いて銃身を取り囲む金属鞘で構成された熱保護鞘において、銃身と金属鞘の間の空気の静止層が断熱材として機能する熱保護鞘を開示している。これらの解決法は、静的なものであり、変化する環境条件に反応できない。
【０００７】
特許文献５および特許文献６によると、２重壁付きの銃鞘が、２つの鞘面間に沿って作動流体を導いて、銃弾からの熱の伝導を改善する。これらのシステムも同様に、調節されない純粋に受動的な形で動作する。
【０００８】
武器銃身に直接適用される能動的加熱要素は、特許文献７および特許文献８によって開示されている。銃身軸に対して平行である帯状加熱体は、銃身を平均周囲温度よりおよそ１０℃高い温度まで加熱することによって外部温度効果を過剰補償する。銃身の正常位置からの偏向は、例えば光学的方法によって決定される。したがって、この方法は、エネルギーに関して非常に高コストであり、それと同時に、効果は非常に緩慢であり、光学的方法は、武器が発砲された場合に機械的システムの応力の影響を受けやすい。
【０００９】
特許文献９によると、発砲によって誘発される温度上昇は、盲穴を用いて装薬空間の壁の中に導入される熱電素子によって測定される。一方で、機械的安定性は穴による不利な影響を受け、他方では、温度勾配を銃身の全長にわたり記録することは不可能である。
特許文献１０は、光学システムを用いた銃身のたるみの能動的測定を開示すると同時に、銃身の屈曲が、武器銃身の両端部で作用する油圧シリンダを用いて補償されることを開示している。この方法は非常にコストが高くつく。さらに、補償は、銃身軸および油圧シリンダの中心軸によって形成される平面内でのみ発生し得る。この理由から、方位および仰角での全体的補償は不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１，１５４，２１９Ａ号
【特許文献２】独国特許第３００５１１７号
【特許文献３】独国特許第１９９０４４１７号
【特許文献４】独国特許第１９１８４２２号
【特許文献５】国際公開第９７／４７９３９号
【特許文献６】米国特許第４，７５３，１５４号
【特許文献７】独国特許第３２１９１２４号
【特許文献８】英国特許第２，３２８，４９８号
【特許文献９】独国特許第４４３３６２７号
【特許文献１０】特開平７−９１８９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、武器の発砲中でさえ、熱によって誘発される銃身の屈曲を簡単にかつ非常に費用効果性の高い形で補償することができる装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、装置に関しては特許請求項１の特徴によって、そして方法に関しては特許請求項６の特徴によって達成される。有利な改良点は、従属クレーム中に開示されている。
【００１３】
武器銃身は、太陽放射の場合に下向きに傾斜することがわかっている。この変形は、銃身支持体およびクレードルの上側と下側の間の温度差によりひき起こされる。銃身支持体の効果およびクレードルの効果は、基本的に別個の問題として計算可能である。しかしながら、これらは、銃身の全傾斜を決定するために重複されなければならない。
【００１４】
したがって、本発明は、温度センサひいては温度を相関するためのシステムを使用するという考え方に基づくものである。このシステムは、ここでは、銃身支持体の上側と下側の間の（互いに相対して位置設定されたセンサの）ならびに銃身支持体の右側と左側の間の（互いに相対して位置設定されたセンターの）温度差を決定することが技術的に可能である。銃身の傾斜の計算は、温度差を用いて実施される。次に銃身の傾斜の補償が傾斜値を用いて実施され、ここで補償は、方位および／または仰角における銃身の配位を偏向することで行なわれる。同時に、温度センサとデータボックスの監視を組込むことができる。
【００１５】
温度補償関数は、武器制御、特に武器の方位および仰角の計算において追加のパラメータとして使用される。したがって、温度により誘発される銃身の偏向は、武器のサーボモータによって直接補償される。したがって本発明に係る方法は、非常に迅速であり、最高毎秒数十度という慣習的速度で調節する。
【００１６】
同時に、この方法は、武器の発砲中に使用可能である。銃身の補償を実施するために発砲準備完了状態から発砲準備のできていないメンテナンス状態へと武器を調整する必要はない。こうして、武器の使用時間が延長される。
【００１７】
本発明に係る装置については、非常にわずかな技術的修正しか実施する必要がない。本質的に、ハードウェア面では、公知の温度センサの設置とデータボックスに対するその接続だけで充分である。したがって装置の費用効果性は非常に高い。
【００１８】
銃身の補償は、銃身内に新たな曲げトルクまたは応力を一切誘発しない。こうして武器の耐用年数は延長される。
【００１９】
銃身クレードルおよび銃身支持体内で連続的な温度分布をとることができるため、個別のセンサの故障を数学モデルを用いて補償することができる（妥当性検査）。しかしながら、評価アルゴリズムは、複数のセンサが故障している場合のための、さまざまな予備値（fallback levels）を含む。したがって、システムは、個別のセンサのデータ項目の喪失に関して極めて安定している。
【００２０】
本発明の展開において、温度相関関数の時間による変化は記録され、銃コンピュータ内で読取りできるような形で後日のメンテナンス作業のために記憶される。その結果、銃の熱負荷をそれ以降記録することができ、あるいは計算アルゴリズム内のフォールトを発見することができる。
【００２１】
慣習的な軍事上の温度範囲にしたがって、センサおよびデータボックスは、通常−４６℃〜＋１２０℃である機能的に可能な動作方法向けに構成されている。この温度範囲内で、測定は、充分に高い分解能および精度で実施される。分解能および精度は、使用される数学モデルから得られる。実際には、０．１℃の分解能および０．２℃の精度が適切であることが証明されている。
【００２２】
したがって、この構想は以下のことを特徴としている：
従来の温度センサを用いた、非常に単純な測定方法；システムは、費用効果性が高く、安定している。
個別の測定用センサの故障に関するシステムの高度のフェールセーフ性に伴う、センサの冗長性。
銃駆動機構を用いた銃身変形の非常に迅速な補償。
高速発砲の場合でさえ可能な、武器の発砲中における使用。
熱により誘発される銃身変形による方位誤差ならびに仰角誤差の補償。
測定手段に起因する銃身または銃身の軸受に対する機械的に不利な効果無し。
【００２３】
本発明について、図面と共に例示的実施形態を参照しながらより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】先行技術による銃タレットを示す。
【図２】銃身クレードルおよび銃身支持体内に本発明に係る装置を伴う銃タレットを示す。
【図３】図２由来のセンサの配置を簡素化した図を示す。
【図４】方法のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、銃タレット１、下部ベース２、銃身クレードル３および銃身クレードルの延長部分としての銃身支持体４を伴う従来の回転式銃を示す。銃身支持体４は、本質的に、管フレーム（詳細には図示せず）で構成され、銃１０全体と同様、保護鞘（詳細には図示せず）で被覆され得る。
【００２６】
図２によると、このような銃１０には、銃身クレードル３および銃身支持体４の領域内で、複数の温度センサｐ１〜ｐｎ、好ましくは１６個の温度センサが具備されている。１６個のセンサ（ｐ１〜ｐ１６）を用いて、銃身支持体４（１２個のセンサ）およびクレードル壁３（４個のセンサ）において温度が測定される。プラグボックス５が、銃身支持体４およびクレードル３からの温度センサｐ１〜ｐ１６の信号を組合わせて、それらをデータ接続により、データボックスに伝送し、そこで温度センサのアナログ信号がデジタル化される。データボックスはその後、データをイーサネットリンク８を介してＧＣＵ９（ＤＶＳ）まで伝送する。ＧＣＵは次に、水平軸との関係におけるオフセットを用いて変形を補償する（傾斜値の適応）。データボックス７は、アナログ／デジタル交換器およびイーサネットを伴うサーバを含む。
【００２７】
銃身クレードルおよび銃身支持体内のセンサの配置ならびに構成要素の接続について以下に記載する。図３から始めると、４つの平面が、銃身軸との関係において実質的に垂直に画定されており、ここで１つの平面Ｅ４は好ましくは銃身クレードル内に位置設定され、３つの平面Ｅ１〜Ｅ３は銃身支持体内に位置設定されている。各々の場合において、平面は、基本的に先行技術から公知であり好ましくは平面のコーナーの領域内に配置されている温度センサ（例えばＰＴ１００）を担持する。銃口に近いところにある第１の平面Ｅ１は、４つのセンサｐ１〜ｐ４を担持し、銃身クレードルの方向の次の平面Ｅ２はセンサｐ５〜ｐ８などを担持している。センサは、データライン６を介してデータボックス７に接続されている。データボックス７は温度センサのアナログ信号をデジタル化し、データリンク８を介してＧＣＵ９に温度データを伝送する。この配置を用いることによって、銃身クレードル３および銃身支持体４における温度分布を測定することが可能である。
【００２８】
温度測定センサｐ１〜ｐ１６の値はデジタル化されて、データ処理装置（ＧＣＵ９）に伝送される。それと同時に、前記値は、銃身１１のそれぞれの誤差値と比較される。温度により誘発される銃身偏向について、最適化パラメータを用いて測定センサｐ１〜ｐ１６の温度値と全体的銃身偏向の関係を形成する数学的モデルが新規作成される。
【００２９】
本発明に係る方法のシーケンスが図４に要約して示されている。当業者にとっては、前記図で提示された一般的アルゴリズムから、さらに努力をせずとも、方位誤差またはこれら２つを混合した形態の補償をどのようにセットアップすべきかは明確であり、したがって、ここで明示的な説明を行なう必要はない。本発明は同様にして、方位誤差の補償にも関する。数値的重みづけａ、ｂ、ｇは、予めシステム（ＧＣＵ）内に入力されるか、または、銃１０が測定され設置される際に決定され、数学モデル内に移送される。
【００３０】
温度値は、銃身誤差のマッピングのため長さの表示を得るために多項化される。ＧＣＵ９は、各々の場合においてデータボックス７からのそれぞれのセンサについての指標と共に、温度値Ｔを受信する。その結果、銃身支持体およびクレードルの各センサ平面Ｅ１〜Ｅ４の仰角における平均温度差が決定される。これと並行してセンサが機能的能力を有しかつ妥当な値を提供しているか否かそしていくつのセンサがその状態にあるかが決定される。
【００３１】
平面Ｅ１〜Ｅ４内の温度差は、
【数１】
2014521910.tif 000003
〜
【数２】
2014521910.tif 000004
から得られる。
【００３２】
各センサ平面についての銃身の傾斜Ｖは、以下の相関関係を適用することによって得られ、式中ａおよびｂは、数値的適応パラメータである。以下のものが得られる：
【数３】
2014521910.tif 000005
から
【数４】
2014521910.tif 000006
および
【数５】
2014521910.tif 000007
まで。
【００３３】
決定された銃身の全傾斜は、その後、各センサ平面Ｅ１〜Ｅ４について重み付けされる。結果として、妥当性監視は、（センサ平面が欠如している場合に）銃身の全傾斜の計算についてのモジュール性を確保するために単純化される。以下のものが得られる：
【数６】
2014521910.tif 000008
および
【数７】
2014521910.tif 000009
なお、重み付けパラメータｇは、数値的に適応されなければならない。
【００３４】
さらなる一実施形態においては、システムの固有の慣性がさらに考慮に入れられる。前記慣性は、温度勾配が銃身１１および銃身支持体４そして銃身クレードル内で補償され得るよりもさらに著しく速く測定用センサｐ１〜ｐ１６が温度変化を標示できることの結果として発生する。測定遅延を考慮に入れるために、Ｄ成分と呼ばれるものが制御プロセスに追加される。前記Ｄ成分は、銃身支持体４とクレードル３の前述のＰ成分の第１の数値的導関数である。
【数８】
2014521910.tif 000010
および
【数９】
2014521910.tif 000011
【００３５】
これに、Ｄパラメータが乗じられる。
【数１０】
2014521910.tif 000012
および
【数１１】
2014521910.tif 000013
式中、Ｄパラメータはそれ自体、数値適合パラメータである。銃身の全傾斜は、銃身支持体およびクレードルのＰ成分およびＤ成分の合計から決定される。
【数１２】
2014521910.tif 000014
【図１】
2014521910.tif 000015
【図２】
2014521910.tif 000016
【図３】
2014521910.tif 000017
【図４】
2014521910.tif 000018
【国際調査報告】
2014521910.tif 000019
2014521910.tif 000020
2014521910.tif 000021
2014521910.tif 000022
2014521910.tif 000023
2014521910.tif 000024