188 GPS誘導迫撃砲弾の制御方式をお教えください。
Mortar Guidance Kit (MGK)
http://www.atk.com/customer_solutions_missionsystems/cs_ms_w_gp_mgk.asp
信管部分にフィンの様なものが4枚ほど付いているようですが、良く解りません。
アフガン君

  1. 無線操作式です。
    GPSのデーターの方向に無線で飛ばします。
    これぐらいしか回答できません。
    ごめんなさい。

    カシオ

  2. >1
    無線操作式という表現をされると、あたかも人間が無線操縦している
    ように聞こえますが・・・。

    文章と形状を見る限り、発射前に指定された場所にGPS誘導で誘導するタイプと思われます。
    迫撃砲ということなので、尾部に加わる発射時の衝撃が大きいと思われますから、普通の設計者ならそこに機能品は置きたくないですね。
    ですから、ご質問にある信管部分のフィンで機体制御を行っていると推定されます。(ミサイルではなく誘導砲弾なので、その程度の操舵力で十分でしょう)
    taka

  3. きちんと説明するととんでもない長文になりますので、舌足らずをご勘弁願って、簡単に説明します。

    まず、GPSでは自分の位置はLL(緯度経度)で与えられます。基本的に、毎単位時間ごとの自位置と設定された目標位置の差分を補正して目標に到達します。
    砲弾が飛翔を始めると、砲弾の誘導装置は、緯度経度で表される自位置及び高度、単位時間毎の自位置変化から知ることができる、飛翔速度と飛翔方位を知ることができます。この4つのパラメーターが判れば、事前に入力されている目標位置へのΔt時間後に到達するための演算が可能になり、それにより算出された飛翔経路の修正量に見合った空力補正を行って目標に到達する事になります。

    GPS信号は一般に開放されているものでは、50bpsの伝送速度ですので、位置、高度決定に必要な単位時間は最低6秒必要ですが、発射前にこの全サブフレームを受信しておくことで、補正に必要なサブフレームだけを受信すれば上記の誘導は可能になります。一般に開放されている信号では最短4フレーム、80mSになると思います。多分ですが、迫撃砲弾程度の飛翔距離ならば、電離層補正値は誤差範囲に含まれると思いますので、補正に必要な値の算出には、最初の3フレーム、また経過時間が少ないので、時刻値は発射前からの値でやはり誤差範囲に収まると思いますので、最低で2フレームの信号を復調すれば空力補正に必要な値は得られると思います。受信に必要な時間は40mSになります。

    ただし、これは一般に開放された信号のみを使用した話で、軍用のL2周波数帯でもこのような形で信号が送られているのかどうかは判りません。DGPSなどの使用実績から考えると、測位誤差0.5m程度は可能ですので、軍用の場合、もっと高速で高精度な測位を行っている可能性は否定出来ません。
    elebras

  4. 大変勉強になります。
    GPS衛星の信号を拾っているのですから無線と関係あるのでしょう。
    調べてみましたら、ATKのPGKのものですが関連資料を見つけました。
    PGK用のGPSレシーバー基板の写真が有りました。
    こんな基板で砲弾発射の超高Gに耐えられるなんて凄いですね。
    通信はスペクトラム拡散とか聞いていました。高帯域で民生用とは比べ物にならないのでしょう。通信についても簡単に書いてあります。24チャンネル、アンチジャミング、お決まりの暗号キイ獲得とか書いてあります。
    IEC's TruTrak Evolution GPS Receiver
    http://www.insidegnss.com/node/762
    MGKでは無いですが、PGKの解説が有りました。14ページに目標位置のセッターが載っています。
    PGK and the Impact of Affordable  Precision on the Fires Mission
    http://www.dtic.mil/ndia/2008gun_missile/6524Storsved.pdf
    何社かのMGKが有るようですが、4枚羽根が信管に付いているようです。
    どのように、砲弾がコントロールされるか不思議でなりません、ご指導ください。

    アフガン君

  5. >どのように、砲弾がコントロールされるか不思議でなりません、ご指導ください。

    「どうやって小さな翼で空力操舵しているのか?」という趣旨のご質問でしょうか?
    それに対しての回答であれば、
    @通常の前翼操舵ミサイルのように操舵しているタイプ
    A抵抗板を出し入れすることで姿勢変更するタイプ
    などがあるようです。
    基本的には放物運動(つまり揚力は不要)の状態で、経路の微修正
    を行うだけなので、その程度で充分制御できます。
    taka

  6. >「どうやって小さな翼で空力操舵しているのか?」という趣旨のご質問でしょうか?
    それに対しての回答であれば、
    @通常の前翼操舵ミサイルのように操舵しているタイプ
    A抵抗板を出し入れすることで姿勢変更するタイプ
    などがあるようです。
    書き込み有難うございました。
    PGK、MGKとは違うタイプですが。@のタイプの誘導迫撃弾は有るようです。
    可動式のカナートを4枚開くタイプは写真を見てもカナートの角度を変化させる制御ですから非常に解り易い訳です。このタイプの120mm誘導迫撃砲はIMI and Reytheon社によって120GM DAGGER砲弾が製造され、テストされています。
    「レイセオンとIMIは愚かな迫撃砲弾を精密兵器に変えます。」
    120GM DAGGER砲弾(カナートを開いた写真)
    http://defense-update.com/Images_new3/dagger_mortar_120.jpg
    DAGGER-from IMI and Reytheon(誘導迫撃砲の解説画像を含む)
    Dagger is being considered as an alternative to the Army’s PGK program which has been halted for several years.
    (PGKは数年間停止状態、これの代用としてのDAGGER,MGP?)
    http://defense-update.com/products/d/dagger_040709.html
    同じタイプの制御の砲弾で実戦使用されているExcaliburメーカー資料。
    Excalibur(誘導砲弾 実戦使用されている155mm誘導弾で価格が数百万と高く通常弾の十万円以下と比べ非常に高価)
    同じRaytheon製の誘導砲弾なので制御系などが似ているように見え、一部流用が考えられる。
    http://www.raytheon.com/capabilities/products/excalibur/
    Product data Sheet
    http://www.raytheon.com/capabilities/rtnwcm/groups/rms/documents/content/rtn_rms_ps_excalibur_datasheet.pdf
    Excalibur Videos
    http://www.raytheon.com/broadcasts/rtn_rms_ps_excalibur_video1.wmv
    http://www.raytheon.com/broadcasts/rtn_rms_ps_excalibur_video2.wmv
    参考資料ですが、お値段を除けば優れもののようです。
    最高点付近でカナート翼を開いて滑空を開始して、カナート翼の角度を変えて制御して目標に垂直落下で向かう。とても解り易い制御です。
    通常の砲弾の信管を誘導機能付き信管に取り換えるだけの固定カナートの回転制御(Roll Controlled Fixed Canard (RCFC) flight control)は安価と思われます。それ故にRCFC制御は分かりにくい制御と思われます。
    RCFC制御はGeneral Dynamicsの特許とか書かれていますが、今一つ解りませんご指導ください。
    アフガン君

  7. 添付していただいたビデオの映像からの判断ですが、
    尾翼を自由回転(風車回転)させることで、機体の
    ロール安定を取っているように見えます。
    (なぜ安定になるかは勉強不足で説明できません。すみません。
    ただAAMで尾翼を風車回転させてロール安定を取っている機種
    があったはずです)

    そうすることで前翼はピッチ/ヨー方向の制御だけですみますので
    構造や制御系の簡易化できます。

    taka

  8. >添付していただいたビデオの映像からの判断ですが、
    >尾翼を自由回転(風車回転)させることで、機体の
    >ロール安定を取っているように見えます。
    専門家でないので良く解りませんが、風車回転はブレーキのようにも見えます。
    ブレ-キですから、後方にブレーキをかけないと前の方に有る制御用のカナードによる制御が不安定な制御になるのではと考えます。ブレーキが無いと砲弾が縦方向に回転するとか制御に都合の悪い動きが有るのではと夢想します。ロールの安定は4枚のカナードで得られるように見えますがいかがでしょうか。
    砲弾の発射時に砲のライフリングにより、円筒状の容器に納められた回転翼が高速回転して発射後に容器が脱落して回転翼が開いて高速回転しているようです。砲弾本体は高速回転すると制御が困難なために、胴体部分に樹脂製の弾帯が取り付けられて発射時の回転を抑制していと思われます。ブレーキだけでなく高速回転しているようですからかなりのジャイロ効果もあると思われます。ピッチとヨーに対してかと思われます。ジャイロ効果が強すぎると制御に遅れが出たりして有害とも思われます。
    こちらでの設問の迫撃砲弾では砲弾の後部に安定翼が付いていますし、ライフリングのない砲なので砲弾の回転は問題にならないのでしょう。
    ATKのPGKは改良型でもCEPが30mとか言われていますがライフリングによる回転が有りますが、ほぼ同じ構造のMGK(迫撃砲弾ガイダンスキット)は迫撃砲弾のために砲弾の回転は無く砲弾の後端に安定翼もあるために、あまり変更がなくてもCEPが10m以内と命中性能が向上しておりジャイロ効果は期待できてもカナードによる制御には砲弾の回転は有害と思われます。ハッキリしませんが、4枚のカナードの1枚が可動式となっており、出たり入ったりして制御を行うようです。
    Precision Guidance Kit (PGK);PGKの羽根部分の一枚の一部が赤で書かれていますが、この部分が可動式の羽根で出たり引っ込んだりするようです。一部のPGKの写真でも稼働中が有ります。
    http://www.atk.com/images_pagephotos/photo273.jpg
    http://www.atk.com/customer_solutions_missionsystems/cs_ms_w_gp_pgk.asp
    8ぺージにロケット推進砲弾の実射が載っていますが、赤く塗られた羽根が可動羽と思われます?
    http://www.dtic.mil/ndia/2008gun_missile/6524Storsved.pdf
    *ご指導頂きました
    >A抵抗板を出し入れすることで姿勢変更するタイプ
    の制御法が推測ですが相当するようです。
    ATKのMGKは従来の砲弾の信管をMGKに交換するだけのために、取り扱いの変更が少なく、価格が他機種に比べ安価である事が期待されていると思われます。
    各種誘導砲弾の写真
    3ぺージ、15ページの画像
    http://www.dtic.mil/ndia/2010MES/ScottTurner.pdf
    今年の4月にATKが誘導迫撃砲弾の契約をアメリカ陸軍から獲得したとの報道も有ります。
    3社が参加して同一条件で25発を実射して決めるとのニュースが流れていたやつです。
    http://www.defensenews.com/story.php?i=4593360
    各種誘導砲弾3種類の中でGeneral Dynamics Ordnance and Tactical Systemsが進めている誘導迫撃砲弾の制御法はRCFC (Roll Controlled Fixed Canard)で以下の写真から先端のローターに小型のカナードが取り付けられています。ローターを回してカナードの角度を変えて制御するものと思われます。
    >A常の前翼操舵ミサイルのように操舵しているタイプ
    に類似した制御のようです。
    81mm RCFC test:飛行機からの投下試験です。小型UAV用等のミクロのJDAMとしての試験。その後、各口径でのRCFC誘導迫撃砲弾として空中投下、迫撃砲発射で成功裏に試験された。
    M821 81mmの迫撃砲弾は重さ9.1ポンド、RCFC誘導装置およびヒューズと同じ迫撃砲弾での重さは、ちょうど10.8ポンド(4.90kg)・長さ40cm位。CEP10m以内
    M933/M934、120mm、迫撃砲弾、重量13.65kg(30ポンド) (全長は約70cm) RCFC誘導装置付で、14kg+α?、CEP10m以内。
    http://www.defenseindustrydaily.com/images/ORD_81mm_RCFC_GPS_Mortar_GD-OTS_Test_lg.jpg
    http://www.defenseindustrydaily.com/Mortars-from-Aircraft-The-Shadow-Knows-05226/
    誘導迫撃砲弾の制御法は我流で、調べたところではご指導頂いた制御法に当てはまるようです。
    間違いが御座いましたらご指導ください。長文失礼いたしました。
    ご指導有難うございました。
    アフガン君


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