NO338653B1 - Søkerhode med innvendig bikke-slingrekardangsystem - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et søkerhode med en rulleakse og et innvendig bikke-slingrekardangsystem inneholdende en indre kardangramme som for en første kardangakse er svingbart lagret ved en lagerstruktur, og en ytre kardangramme som bærer et søker-system til søkerhodet, og som for en andre svingeakse loddrett i forhold til den første er svingbart lagret på den indre kardangrammen.

Slike søkerhoder anvendes spesielt i målforfølgende prosjektiler. Et optisk system som søkersystem frembringer et bilde av en objektscene som inneholder målet. Fra signalene til detektoren oppnås på en gang signalene som holder den optiske aksen til det optiske systemet innrettet på målet. I tillegg oppnås fra signalene til detektoren styresignaler med hvilke prosjektilet føres mot målet. Vanligvis innkobles derved en plattform som bærer det optiske systemet, og dermed rettingen av den optiske aksen til det optiske systemet gjennom et treghetsmålesystem av bevegelsen til prosjektilet. Når den optiske aksen vedvarende, ved hjelp av en reguleringskrets, holdes innrettet på målet tilsvarer den optiske aksen siktelinjen fra prosjektilet til målet. Ved bevegelsen av den optiske aksen i forhold til den stabiliserende plattformen kan da dreieraten til siktelinjen bestemmes i inertialrommet. Ved vanlig proposjonalitetsnavigasjon føres prosjektilet således at denne siktelinjen forblir romfast. Styresignalene gjøres i tillegg proporsjonale til dreieraten av siktelinjen. Plattformen må derved lagres kardansk, slik at den optiske aksen til det optiske systemet klarer å innta enhver vilkårlig posisjon innenfor en bestemt romvinkel.

Den kardanske lagringen kan derved utgjøre en bikke-slingrelagring. På denne måten er en første kardangring svingbart lagret om en første akse, f. eks. bikkeaksen, som strekker seg på tvers i forhold til prosjektilets lengdeakse med hensyn til prosjektilstrukturen. Ved den første kardangringen er det svingbart lagret en andre kardangring om en andre akse, f. eks. slingreaksen, som strekker seg loddrett i forhold til den første aksen. Denne andre kardangringen bærer eller danner plattformen, på hvilken det optiske systemet sitter. Derved kan den første kardangringen som er lagret på prosjektilstrukturen utgjøre den ytre kardangringen, mens den andre kardangringen danner den indre kardangringen. Man taler da om et "utvendig kardangsystem". Den første kardangringen som er lagret ved prosjektilstrukturen kan imidlertid også utgjøre den indre kardangringen, slik at den andre kardangringen som bærer eller danner plattformen er den ytre kardangringen. I dette tilfellet taler man om et "innvendig kardangsystem". Kardangsystemet sitter da innenfor plattformen. Dette siste arrangementet foretrekkes av rommelige årsaker. Med et slikt bikke-slingrekardangsystem begrenses av konstruktive årsaker svinge-vinkelen til plattformen og dermed vinkeldifferansen som den optiske aksen danner med prosjektillengdeaksen. Søkeren kan registrere et mål kun i et begrenset synsfelt.

Et søkerhode med innvendig bikke-slingrekardangsystem er eksempelvis omtalt i DE-Ai 195 35 886 eller EP-Bi 766 065.

Større vinkeldifferanse lar seg oppnå med et rulle-bikkekardangsystem. Her er en første bølgende kardangramme dreibart lagret i prosjektilstrukturen om en rulleakse som sammenfaller med prosjektillengdeaksen. Denne første kardangrammen kan dreies med hensyn til prosjektilstrukturen om rulleaksen i et vinkelområde på 360°. Ved den første kardangrammen er det svingbart lagret en andre kardangramme om en bikkeakse som strekker seg loddrett i forhold til rulleaksen. Denne andre kardangrammen bærer det optiske systemet til søkerhodet. Den andre kardangrammen kan lagres slik at den optiske aksen til det optiske systemet kan svinges om en vinkel på omtrent 90° med hensyn til lengdeaksen av prosjektilet. Det er altså mulig med vinkeldifferanse inntil 90° og riktignok rundt i hver retning om rulleaksen. Et slikt konstruert søkerhode kan følge-lig innrettes innenfor et halvrom på et mål.

Søkerhoder med rulle-bikkekardangsystemer er kjent fra DE-Ai 33 17 232 og DE-

Ci198 24 899.

Ugunstig med slike rulle-bikkekardangsystemer er at det i området ved rulleaksen viser seg en singuralitet: Når siktelinjen mot målet som skal følge etter den optiske aksen til systemet ved hjelp av dreining av kardangrammen, med rulleaksen forløpende sammen-fallende eller i dens nærhet, da krever bare små bevegelser av den optiske aksen store vinkelbevegelser av rullerammen. Når f.eks. siktelinjen til målet beveger seg tvers gjennom rulleaksen, da må rullerammen, for å føre den optiske aksen etter at denne siktelinjen praktisk på uendelig kort tid, utføre en dreining om 180°. Det overstiger muligheten til vanlige servomotorer.

Formålet som ligger til grunn for oppfinnelsen er å fremskaffe et kardangsystem for et søkerhode, med hvilket etterføringen av plattformen og søkersystemet skjer uten singulariteter, men som tillater stor vinkeldifferanse og registreringen av mål i et stort synsfelt.

I henhold til oppfinnelsen løses dette formålet ved at den første kardangaksen med rulleaksen danner en spiss vinkel, og lagerstrukturen for dens del er dreibart lagret om rulleaksen.

Grunnet at den første kardangaksen med rulleaksen danner en spiss vinkel sitter kardangsystemet på skrå i forhold til rulleaksen. Svingeområdet til den ytre kardangrammen med søkersystemet er derved usymmetrisk til rulleaksen. Betrakter man midtstillingen til den indre rammen som er svingbar om den første kardangaksen, da viser det følgende seg: Betegner man den spisse vinkelen med a og svingeområdet til den ytre rammen om den andre kardangaksen med 20, da er den maksimalt oppnåelige vinkeldifferansen mellom rulleaksen og aksen til søkersystemet 90° -oc+p. Det kan altså oppnås en større vinkeldifferanse. Når målet i azimut avviker fra den bestemte romvinkelen gjennom svingeområdet til kardangsystemet kan dette utliknes ved hjelp av en dreining av kardangsystemet om rulleaksen. Den bestemte romvinkelen gjennom svingeområdet til kardangsystemet føres etter målet.

I en ytterligere fordelaktig utførelse av oppfinnelsen er lagerstrukturen som er lagret om rulleaksen i tillegg dreibart lagret om dens egen lengdeakse. Ved hjelp av en ytterligere frihetsgrad som er forbundet med innføringen av dette er dreiebevegelser av rullerammen gjennom dreiebevegelser av lagerstrukturen om dens lengdeakse kompenserbar med motsatt dreieretning. Rullevinkel på over 360°, noe som fører til urimelig belast-ning på elektriske forbindelsesledninger og høytrykkskoblinger for gasstilføringer, forekommer ikke mer. Driftssikkerheten, henholdsvis levetiden til søkerhodet forlenges således. I tillegg kan det med denne utførelsen også gis avkall på anvendelsen av kost-nadsintensive høytrykkskoblinger med stort plassbehov og sleperinger for elektriske uttak. Ved avkoblingen av bikke-slingrekardangsystemet fra rullebevegelsen til rullerammen gjennom lagerstrukturen som er dreibar om dens lengdeakse, kan man redusere massen som skal dreies. For bevegelse om rulleaksen er følgelig mindre drivkraft påkrevet, og byggevolumet til rullerammen kan reduseres.

På hensiktsmessig måte forutsettes det en fiksering av bikke-slingrekardangsystemet med hensyn til dets rullestilling i forhold til prosjektilstrukturen ved hjelp av en fikseringsinnretning. Med fikseringsinnretningen kan det dreie seg om fortanningselementer i form av tannrader, slik at en tannrad er integrert i prosjektilstrukturen og en tannrad mellom bikke-slingrerammesystemet og den nye dreiefrihetsgraden. Med andre ord ruller bikke-slingrerammesystemet med en dreining om rulleaksen med motgående dreieretning om lengdeaksen til lagerstrukturen. På passende måte dreier det seg med tannradene om formdeler av kunststoff med liten vekt. Kunststoff kan derfor anvendes fordi kun lavt moment skal overføres. På hensiktsmessig måte innehar tannradene det samme antallet tenner for å oppnå et utvekslingsforhold på en.

Ved en dreining av rulleaksen og samtidig motdreining ved en dreiebevegelse av lagerstrukturen om dens lengdeakse, i det etterfølgende også betegnet vippeakse, og fiksering ved hjelp av fikseringsinnretningen er bikke-slingrekardangsystemet i stillingen for å oppnå prosjektillengdeakse, dvs. rulleaksen med en fast vinkel på (90° - a) uten derved å vippe dreiekomponentene i rulleaksen. Vippevinkelen ligger vanligvis i et område på 15-30°. En bildedreining med hensyn til prosjektilkoordinatsystemet finner ikke sted. Ved hjelp av den mekaniske fikseringen kan det gis avkall på drifts- og uttakselementer for frembringelsen av en dreiebevegelse av lagerstrukturen om dens lengdeakse, slik som eksempelvis i form av en elektromotor og elektriske forbindelsesledninger. Derved oppnås en ytterligere masse- og byggevolumbesparing.

På fordelaktig måte inneholder romvinkelen, i hvilken den optiske aksen til det optiske systemet er utvikbar gjennom svingebevegelsen om den første og den andre kardangaksen, rulleaksen.

For stabilisering av det optiske systemet i rommet kan en treghetsmåleinnretning anbringes, gjennom hvilken servomotorer er avstangbare om den første og den andre kardangaksen, slik at det anordnes en servomotor som virker om rulleaksen, og som deretter, når den indre kardangrammen nærmer seg dens anslagsstilling er avstengbar i betydningen av en etterføring av denne indre kardangrammen bort fra anslagsstillingen.

Aksen til søkersystemet kan således rettes på hvert punkt innenfor en stor romvinkel som strekker seg rundt rulleaksen. Stabiliseringen skjer derved ved hjelp av bikke-slingrekardangsystemet. Dette bikke-slingrekardangsystemet har også i området ved rulleaksen ingen singularitet. Med en passasje av siktelinjen gjennom rulleaksen gjennomfører bikke-slingrekardangsystemet kun normale justeringsbevegelser. Det er ikke påkrevet med vending på 180°, slik som med et rulle-bikkekardangsystem.

På tegningene er et utførelseseksempel av oppfinnelsen illustrert. Tegningene, beskriv-elsen og patentkravene inneholder tallrike innslag i kombinasjon. Fagpersonen vil også på hensiktsmessig måte betrakte innslagene enkeltvis og for meningsfylt å sammenfatte ytterligere kombinasjoner. Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom et søkerhode med et bikke-slingrekardangsystem som ligger på skrå, og en ytterligere etterstyrebevegelse om rulleaksen. Fig. 2 er et blokkdiagram og anskueliggj øring av etterføringen til søkersystemet

etter en siktelinje mot et mål.

Fig. 3 er et diagram for anskueliggj øring av forstørrelsen til området ved den

tillatte vinkeldifferansen av søkerhodet fra fig. 1.

Fig. 4 viser et lengdesnitt gjennom et søkerhode med et bikke-slingrekardangsystem som ligger på skrå, og med en lagerstruktur som er dreibart lagret om en rulleakse og dens egen lengdeakse. Fig. 5 viser et lengdesnitt gjennom et søkerhode i henhold til fig. 4 med en fikseringsinnretning for bikke-slingrekardangsystemet med hensyn til en rullestilling av prosjektilstrukturen.

Like deler betegnes dermed med like henvisningstall.

På fig. 1 betegnes med 10 spissen til prosjektilstrukturen på et målforfølgende prosjek-til. Spissen 10 er avsluttet med et sfærisk vindu (kuppel) 12. Bak kuppelen 12 sitter et søkerhode som er betegnet med 14.

Søkerhodet 14 inneholder et bord 16 som er dreibart lagret i spissen 10 av prosjektilstrukturen om en rulleakse 18 som sammenfaller med lengdeaksen til prosjektilet. På

bordet sitter et hylseformet lagerlegeme 20. Lagerlegemet 20, også betegnet lagerstruktur, er skrått anordnet i forhold til rulleaksen 18. Ved den fremre eller enden på kuppel-siden av lagerlegemet 20 finnes en innvendig ramme 22 svingbart anordnet om en første kardangakse 24 loddrett i forhold til lengdeaksen av lagerlegemet 20. Den er på fig. 1 illustrert til høyre for lengdeaksen av lagerlegemet 20. Ved hjelp av det skrå arrangementet av lagerlegemet 20 danner den første kardangaksen 24 med rulleaksen en spiss vinkel a (fig. 3). Til venstre for lengdeaksen av lagerlegemet 20 er et snitt loddrett i

forhold til snittet på den høyre siden illustrert. Man gjenkjenner der at det på den innvendige rammen 22 er svingbart lagret en utvendig ramme som generelt er betegnet med 26. Den utvendige rammen 26 er svingbart lagret om en andre kardangakse 28 som strekker seg loddrett i forhold til den første kardangaksen 24. Når den første kardangaksen 24 i høyre del av fig. 1 forløper i papirplanet fra fig. 1, da forløper spesielt deretter den andre kardangaksen 28 loddrett i forhold til papirplanet på høyre side av figur 1.

På den utvendige rammen 26 sitter et søkersystem 30 i form av et avbildende optisk system. Dette søkersystemet 30 inneholder et ringformet hulspeil 32 som med dets midtre åpning er montert på den utvendige rammen 26. Den utvendige rammen 26 oppviser en koblingsdel 34. Koblingsdelen 34 bærer steg 36 som bærer et svakt kon-vekst sekundærspeil 38 som vender mot hulspeilet 32. Koblingsdelen 34 danner en fatning 40 for en linseoptikk 42. Parallelt innfallende lys fra en objektscene som ligger i det uendelige reflekteres fra hulspeilet 32 på sekundærspeilet 38 og styres av dette på linseoptikken 42. Det optiske systemet frembringer et bilde av objektscenen på en detektor 44. Detektoren 44 avkjøles på vanlig måte med en Joule-Thomson-avkjøler 46 som er anordnet innenfor det hylseformede lagerlegemet 20. På baksiden av sekundærspeilet 38 er det anordnet liknende som med DE-Ai 195 38 886 en treghetsfølerenhet 48.

Kardangaksen 24 og 28, samt rulleaksen 18 skjærer hverandre i et felles skjæringspunkt 50.1 området ved dette felles skjæringspunktet 50 er den strukturfaste detektoren 44 anordnet. Kuppelen 12 er krummet om skjæringspunktet 50. Om dette skjæringspunktet 50 er den ytre kardangrammen 26 svingbart lagret til alle sider. Med dette arrangementet er kardangrammen 22 og 26 anordnet innenfor søkersystemet 30. Søkersystemet 30 sitter på den ytre kardangrammen 26, man snakker derfor om et "innvendig kardangsystem".

Bordet 16 er vridbart ved hjelp av en servomotor 52 om rulleaksen. Ved bordet 16 sitter det på en sfærisk flate 54 magneter 56 med en kuleskålformet magnetisk bakende 58. Magneten 56 frembringer et radialt magnetfelt. I dette radiale magnetfeltet sitter flatspol-er 60 som er forbundet med den ytre kardangrammen 26. Disse magnetene 56 og flatspolene 60 danner en dreiemomentgenerator 62 som umiddelbart griper ved den ytre kardangrammen 26. Dette arrangementet tilsvarer i prinsippet dreiemoment- generatorinnretningen i henhold til EP-Bi 0 766 065 og US patent 5.892.310, av hvilke redegjørelsen innlemmes med henvisning.

Søkersystemet 30 definerer en optisk akse 64. Ved hjelp av treghetsfølerenheten 48 styres dreiemomentgeneratoren 62 slik at den stabiliserer søkersystemet 30 i rommet og avkobles fra bevegelsen til prosjektilet. Detektoren 44 i søkersystemet 30 leverer etter egent signal bearbeidelse oppholdsstedsignaler, som gjengir oppholdsstedet til et mål som er registrert av søkersystemet fra den optiske aksen 64. Med disse oppholdsstedsignalene er treghetsfølerne i treghetsfølerenheten 48 slik pådratt at disse forholder seg etter forutsetningen til oppholdsstedsignalene. Den stabiliserte stillingen til den optiske aksen føres således etter målet.

Fig. 2 viser skjematisk stabiliseringen av søkersystemet 30 i rommet ved innrettelse av den optiske aksen 68 på målet.

Stabiliseringen av søkersystemet 30 i rommet skjer gjennom treghetsfølerenheten 48. Treghetsfølerenheten 48 styrer på vanlig måte mot dreiemomentgeneratoren 62. Når et oppholdssted av siktelinjen foreligger i forhold til et mål som er registrert av søkersys-temet 30 fra den optiske aksen 68, da er oppholdsstedsignalene, som er levert av søker-systemet 30 fra treghetsfølerne i treghetsfølerenheten 48, utskaltet, og disse forholder seg slik at den stabiliserte optiske aksen 68 føres etter målet.

Slik som er ytterligere illustrert på fig. 2 bestemmes, ved hjelp av en vinkelgiver 70, romvinkelen til kardangsystemet. Når denne romvinkelen nærmer seg anslagsstillingen av den indre rammen, da styres rulleservomotoren 52 med styreinnretningen 72 mot den ene eller den andre dreieretningen. Rulleservomotoren 52 vrir da bordet 16 med det felles kardangsystemet og søkersystemet 30 om rulleaksen således at siktelinjen atter ligger i innstillingsområdet til kardangsystemet.

Fig. 3 anskueliggjør virkningen til skråstillingen av den første kardangaksen 24 i forhold til rulleaksen 18. Den første kardangaksen 24 danner med rulleaksen 18 en vinkel a. På fig. 3 er det antatt at den innvendige kardangrammen 22 befinner seg i dens midt-stilling. Planet av den innvendige kardangrammen 22 ligger da loddrett i forhold til

papirplanet på fig. 3. Den ytre kardangrammen 26 er da vridbar om den andre kardangaksen 28 loddrett i forhold til papirplanet mellom to anslagsstillinger som tilsvarer posisjonen 64 A og 64 B symmetrisk i forhold til midtposisjonen 64 M av den optiske aksen 64. Vinkelen mellom anslagsposisjonen 64 B og rulleaksen 18 er P+90°+- a. Med en spiss vinkel på 60° mellom den første kardangaksen 24 og rulleaksen 18 er med den illustrerte utførelse den maksimale vippevinkel av søkersystemet 30 i forhold til rulleaksen 18 tilnærmet 70°. Søkersystemet 30 kan følgelig i den illustrerte posisjonen av bordet 16 registrere en usymmetrisk romvinkel inntil f. eks. 70° til rulleaksen 18 i papirplanet på den høyre siden av fig. 1.1 azimutretningen er romvinkelen begrenset gjennom anslagsstillingen av den ytre kardangrammen 26. Det registreres ikke på grunn av usymmetrien også områder til venstre på fig. 1.

Når den innvendige rammen 22 nærmer seg en anslagsposisjon, da innledes, slik som omtalt, en dreining om rulleaksen 18, og den følger således romvinkelen begrenset av anslagsposisjonen til siktelinjen mot målet i den grad at siktelinjen alltid befinner seg i området av romvinkelen, i hvilken den optiske aksen 64 til søkersystemet 30 kan innrettes ved hjelp av kardangsystemet og målet.

Den optiske aksen 64 til søkersystemet 30 kan følgelig innrettes innenfor en romvinkel på 70° om rulleaksen 18 rundt på et mål. Fig. 4 viser et lengdesnitt gjennom et søkerhode 15. Slik som på fig. 1 er det skrått anordnet en lagerstruktur 20 om en vippevinkel på (90°-Hx) i forhold til rulleaksen 18. Lagerstrukturen 20 er dreibart lagret om dens lengdeakse, henholdsvis vippeakse 21 og rulleaksen 18 ved hjelp av lageret 23, henholdsvis 25. Fig. 5 viser et lengdesnitt gjennom søkerhodet 15 i samsvar med fig. 4. For tydelig-gjøring av konfigurasjonen til vippeaksen 21 og fikseringen av den indre rammen 22 og den ytre rammen 26 (ingen synlig på figuren) ved hjelp av fikseringsinnretningen 27, 29 angående deres stilling i forhold til rulleaksen 18 er komponenter i bikke-slingre-området ikke illustrert. Med fikseringsinnretningen 27 dreier det seg om en tannrad som er koaksialt integrert i forhold til prosjektillengdeaksen, henholdsvis rulleaksen 18, i prosjektilstrukturen 10. Fikseringsinnretningen 29, likeledes en tannrad, er anordnet under vippevinkelen på (90°+a), denne tilsvarer på tegningen 20° ved bikke-slingrekardangsystemet av den indre rammen 22 og den ytre rammen 26 med frihetsgraden av vippeaksen 21. Begge tannradene 27, 29 innehar forskjellige radier og en profilfor-skyvning bestemt av dette.

Claims (6)

1. Søkerhode (14, 15) som inneholder et søkersystem (30), en rulleakse (18), en innvendig kardangramme (22) som er lagret svingbar om en første kardangakse (24) ved en lager-struktur (20), og en utvendig kardangramme (26) som bærer søkersystemet (30) og som er svingbart lagret om en andre kardangakse (28) vinkelrett i forhold til den første på den indre kardangrammen (22),karakterisertv e d at (a) den første kardangaksen (24) danner en spiss vinkel (a), det vil si en vinkel som er mindre 90° med en rulleakse (18), og (b) lagerstrukturen (20) for dens del er dreibart lagret om rulleaksen (18).

2. Søkerhode (14, 15) ifølge krav 1,karakterisertv e d at lagerstrukturen (20) er dreibart lagret om dens lengdeakse (21).

3. Søkerhode (14, 15) ifølge krav 1 eller 2,karakterisertv e d at det er anordnet en fikseringsinnretning for fiksering av kardangrammene (22, 26) hva angår deres stilling med hensyn til rulleaksen (18).

4. Søkerhode (14, 15) ifølge krav 3,karakterisertv e d at det som fikseringsinnretning (27, 29) er anordnet en første tannrad som er slik anordnet at den griper inn i en andre tannrad som er koaksialt anordnet i forhold til rulleaksen (18).

5. Søkerhode (14, 15) ifølge ett av kravene 1 til 4,karakterisert vedat en romvinkel, i hvilken den optiske aksel (64) til søkersystemet (30) er utvikbar ved hjelp av svingebevegelser om den første og den andre kardangaksen (24, 28), inneholder rullevinkelen (18).

6. Søkerhode (14, 15) ifølge krav 5,karakterisertv e d at (a) for stabilisering av søkersystemet (30) i rommet er det anordnet en treghetsmåle-enhet (48), med hvilken servomotorer (62) er styrbare om de første og den andre kardangaksen (24, 28), og (b) det er anordnet en servomotor (52) som virker om rulleaksen (18), og som deretter er styrbar når den innvendige kardangrammen (22) nærmer seg dens anslagsstilling i betydningen av en etterstyring av denne innvendige kardangrammen (22) bort fra anslagsstillingen.