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Auteur Costello, Mark
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Affiner la rechercheCantilever beam design for projectile internal moving mass systems / Jonathan Rogers in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 131 N° 5 (Septembre 2009)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 131 N° 5 (Septembre 2009) . - 11 p.
Titre : Cantilever beam design for projectile internal moving mass systems Type de document : texte imprimé Auteurs : Jonathan Rogers, Auteur ; Costello, Mark, Auteur Année de publication : 2009 Article en page(s) : 11 p. Note générale : dynamic systems Langues : Anglais (eng) Mots-clés : internal masses; cantilever beam; electromagnetic actuators Résumé : Internal masses that undergo controlled translation within a projectile have been shown to be effective control mechanisms for smart weapons. However, internal mass oscillation must occur at the projectile roll frequency to generate sufficient control force. This can lead to high power requirements and place a heavy burden on designers attempting to allocate volume within the projectile for internal mass actuators and power supplies. The work reported here outlines a conceptual design for an internal translating mass system using a cantilever beam and electromagnetic actuators. The cantilever beam acts as the moving mass, vibrating at the projectile roll frequency to generate control force. First, a dynamic model is developed to describe the system. Then the natural frequency, damping ratio, and length of the beam are varied to study their affects on force required and total battery size. Trade studies also examine the effect on force required and total battery size of a roll-rate feedback system that actively changes beam elastic properties. Results show that, with proper sizing and specifications, the cantilever beam control mechanism requires relatively small batteries and low actuator control forces with minimum actuator complexity and space requirements. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/Issue.aspx?issueID=26502&di [...] [article] Cantilever beam design for projectile internal moving mass systems [texte imprimé] / Jonathan Rogers, Auteur ; Costello, Mark, Auteur . - 2009 . - 11 p.
dynamic systems
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 131 N° 5 (Septembre 2009) . - 11 p.
Mots-clés : internal masses; cantilever beam; electromagnetic actuators Résumé : Internal masses that undergo controlled translation within a projectile have been shown to be effective control mechanisms for smart weapons. However, internal mass oscillation must occur at the projectile roll frequency to generate sufficient control force. This can lead to high power requirements and place a heavy burden on designers attempting to allocate volume within the projectile for internal mass actuators and power supplies. The work reported here outlines a conceptual design for an internal translating mass system using a cantilever beam and electromagnetic actuators. The cantilever beam acts as the moving mass, vibrating at the projectile roll frequency to generate control force. First, a dynamic model is developed to describe the system. Then the natural frequency, damping ratio, and length of the beam are varied to study their affects on force required and total battery size. Trade studies also examine the effect on force required and total battery size of a roll-rate feedback system that actively changes beam elastic properties. Results show that, with proper sizing and specifications, the cantilever beam control mechanism requires relatively small batteries and low actuator control forces with minimum actuator complexity and space requirements. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/Issue.aspx?issueID=26502&di [...]
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N°4 (Decembre 2006) . - 1005-1012 p.
Titre : Control Authority of a Projectile Equipped With an Internal Unbalanced Part Titre original : Commande d'Autorité d'une Projectile Equipée d'une Partie Non Equilibrée Interne Type de document : texte imprimé Auteurs : Frost, Geoffrey, Auteur ; Costello, Mark, Auteur Article en page(s) : 1005-1012 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Commande de déséquilibre Mécanisme de masse Orientation radiale Modèle dynamique de vol DEgré-de-liberté Projectile Inertie Index. décimale : 629.8 Résumé : A key technical challenge for smart weapon developers is the design of appropriate control mechanisms that provide sufficient control authority to enable correction of typical trajectory errors while not excessively burdening the overall weapon design. The work reported here considers a rotating mass unbalance control mechanism, created by radial orientation of an internal part. To investigate the potential of this control mechanism, a seven degree-of-freedom flight dynamic model of a projectile, equipped with an internal part is defined. Using this dynamic model it is shown that by holding the internal part fixed with respect to a nonrolling reference frame, predictable trajectory changes are generated including predictable impact point changes. As expected, when unbalance-offset distance, or mass is increased, control authority increases proportionally. This control mechanism creates impact point changes that are the same order of magnitude as dispersion caused by errors induced at launch and in flight. Control authority is significantly altered with changing projectile characteristics, such as, the mass center location, pitch inertia, yaw inertia, aerodynamic drag, and aerodynamic normal force.
Un défi technique principal pour les réalisateurs futés d'arme est la conception des mécanismes appropriés de commande qui fournissent l'autorité suffisante de commande pour permettre la correction des erreurs typiques de trajectoire tout en pas excessivement chargeant la conception globale d'arme. Le travail rapporté ici considère un mécanisme de masse tournant de commande de déséquilibre, créé par orientation radiale d'une partie interne. Pour étudier le potentiel de ce mécanisme de commande, un modèle dynamique de vol de la degré-de-liberté sept d'une projectile, équipé d'une partie interne est défini. En utilisant ce modèle dynamique on lui montre qu'en jugeant la partie interne fixée en ce qui concerne une armature nonrolling de référence, des changements prévisibles de trajectoire sont produits comprenant les changements prévisibles de point d'impact. Comme prévu, quand la distance excentrée de désiquilibre, ou la masse est augmentée, augmentations d'autorité de commande proportionnellement. Ce mécanisme de commande crée les changements de point d'impact qui sont le même ordre de grandeur que la dispersion provoquée par des erreurs induites lors du lancement et en vol. L'autorité de commande est sensiblement changée avec des caractéristiques changeantes de projectile, comme, l'endroit central de masse, l'inertie de lancement, l'inertie de lacet, la drague aérodynamique, et la force normale aérodynamique.[article] Control Authority of a Projectile Equipped With an Internal Unbalanced Part = Commande d'Autorité d'une Projectile Equipée d'une Partie Non Equilibrée Interne [texte imprimé] / Frost, Geoffrey, Auteur ; Costello, Mark, Auteur . - 1005-1012 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N°4 (Decembre 2006) . - 1005-1012 p.
Mots-clés : Commande de déséquilibre Mécanisme de masse Orientation radiale Modèle dynamique de vol DEgré-de-liberté Projectile Inertie Index. décimale : 629.8 Résumé : A key technical challenge for smart weapon developers is the design of appropriate control mechanisms that provide sufficient control authority to enable correction of typical trajectory errors while not excessively burdening the overall weapon design. The work reported here considers a rotating mass unbalance control mechanism, created by radial orientation of an internal part. To investigate the potential of this control mechanism, a seven degree-of-freedom flight dynamic model of a projectile, equipped with an internal part is defined. Using this dynamic model it is shown that by holding the internal part fixed with respect to a nonrolling reference frame, predictable trajectory changes are generated including predictable impact point changes. As expected, when unbalance-offset distance, or mass is increased, control authority increases proportionally. This control mechanism creates impact point changes that are the same order of magnitude as dispersion caused by errors induced at launch and in flight. Control authority is significantly altered with changing projectile characteristics, such as, the mass center location, pitch inertia, yaw inertia, aerodynamic drag, and aerodynamic normal force.
Un défi technique principal pour les réalisateurs futés d'arme est la conception des mécanismes appropriés de commande qui fournissent l'autorité suffisante de commande pour permettre la correction des erreurs typiques de trajectoire tout en pas excessivement chargeant la conception globale d'arme. Le travail rapporté ici considère un mécanisme de masse tournant de commande de déséquilibre, créé par orientation radiale d'une partie interne. Pour étudier le potentiel de ce mécanisme de commande, un modèle dynamique de vol de la degré-de-liberté sept d'une projectile, équipé d'une partie interne est défini. En utilisant ce modèle dynamique on lui montre qu'en jugeant la partie interne fixée en ce qui concerne une armature nonrolling de référence, des changements prévisibles de trajectoire sont produits comprenant les changements prévisibles de point d'impact. Comme prévu, quand la distance excentrée de désiquilibre, ou la masse est augmentée, augmentations d'autorité de commande proportionnellement. Ce mécanisme de commande crée les changements de point d'impact qui sont le même ordre de grandeur que la dispersion provoquée par des erreurs induites lors du lancement et en vol. L'autorité de commande est sensiblement changée avec des caractéristiques changeantes de projectile, comme, l'endroit central de masse, l'inertie de lancement, l'inertie de lacet, la drague aérodynamique, et la force normale aérodynamique.
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 126 N° 3 (Septembre 2004) . - 605-613 p.
Titre : Flight Dynamic Response of Spinning Projectiles to Lateral Impulsive Loads Titre original : Réponse Dynamique de Vol des Projectiles de Rotation aux Charges Impulsives Latérales Type de document : texte imprimé Auteurs : Cooper, G. R., Auteur ; Costello, Mark, Auteur Article en page(s) : 605-613 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Projectile de rotation Impulsion carré latérale Formulation aérodynamique Barbouillage Trajectoire d'impulsion Index. décimale : 629.8 Résumé : The linear theory for spinning projectiles is extended to account for the application of a simple lateral square impulse activated during free flight. Analytical results are shown to produce simple contributions to the familiar aerodynamic jump formulation. Inquiries regarding jump smearing caused by nonzero impulse length are addressed and answered. The formulation shows for sufficiently long-term target interception, lateral impulse trajectory response for a guided projectile is independent of when the impulse is activated during the yaw cycle. Simple limits show the presented results reducing to those previously found for a zero-spin projectile acted upon by a singular lateral impulse.
La théorie linéaire pour les projectiles de rotation est prolongée pour expliquer l'application d'une impulsion carrée latérale simple activées pendant le vol libre. Des résultats analytiques sont montrés pour produire les contributions simples à la formulation aérodynamique familière de saut. Des enquêtes concernant le barbouillage de saut provoqué par longueur de non zéro d'impulsion sont adressées et répondues. La formulation montre pour l'interception suffisamment à long terme de cible, réponse latérale de trajectoire d'impulsion pour une projectile guidée est indépendant de quand l'impulsion est activée pendant le cycle de lacet. Les limites simples montrent que les résultats présentés réduisant à ceux précédemment trouvés pour une projectile zéro de rotation ont agi au moment par une impulsion latérale singulière.[article] Flight Dynamic Response of Spinning Projectiles to Lateral Impulsive Loads = Réponse Dynamique de Vol des Projectiles de Rotation aux Charges Impulsives Latérales [texte imprimé] / Cooper, G. R., Auteur ; Costello, Mark, Auteur . - 605-613 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 126 N° 3 (Septembre 2004) . - 605-613 p.
Mots-clés : Projectile de rotation Impulsion carré latérale Formulation aérodynamique Barbouillage Trajectoire d'impulsion Index. décimale : 629.8 Résumé : The linear theory for spinning projectiles is extended to account for the application of a simple lateral square impulse activated during free flight. Analytical results are shown to produce simple contributions to the familiar aerodynamic jump formulation. Inquiries regarding jump smearing caused by nonzero impulse length are addressed and answered. The formulation shows for sufficiently long-term target interception, lateral impulse trajectory response for a guided projectile is independent of when the impulse is activated during the yaw cycle. Simple limits show the presented results reducing to those previously found for a zero-spin projectile acted upon by a singular lateral impulse.
La théorie linéaire pour les projectiles de rotation est prolongée pour expliquer l'application d'une impulsion carrée latérale simple activées pendant le vol libre. Des résultats analytiques sont montrés pour produire les contributions simples à la formulation aérodynamique familière de saut. Des enquêtes concernant le barbouillage de saut provoqué par longueur de non zéro d'impulsion sont adressées et répondues. La formulation montre pour l'interception suffisamment à long terme de cible, réponse latérale de trajectoire d'impulsion pour une projectile guidée est indépendant de quand l'impulsion est activée pendant le cycle de lacet. Les limites simples montrent que les résultats présentés réduisant à ceux précédemment trouvés pour une projectile zéro de rotation ont agi au moment par une impulsion latérale singulière.
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 130 n°6 (Novembre 2008) . - 11 p.
Titre : Model predictive control of a direct fire projectile equipped with canards Type de document : texte imprimé Auteurs : Douglas Ollerenshaw, Auteur ; Costello, Mark, Auteur Année de publication : 2009 Article en page(s) : 11 p. Note générale : dynamic systems Langues : Anglais (eng) Mots-clés : trajectories (physics); projectiles; errors; predictive control; fire; flight Résumé : Launch uncertainties in uncontrolled direct fire projectiles can lead to significant impact point dispersion, even at relatively short range. A model predictive control scheme for direct fire projectiles is investigated to reduce impact point dispersion. The control law depends on projectile linear theory to create an approximate linear model of the projectile and quickly predict states into the future. Control inputs are based on minimization of the error between predicted projectile states and a desired trajectory leading to the target. Through simulation, the control law is shown to work well in reducing projectile impact point dispersion. Parametric trade studies on an example projectile configuration are reported that detail the effect of prediction horizon length, gain settings, model update interval, and model step size. En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...] [article] Model predictive control of a direct fire projectile equipped with canards [texte imprimé] / Douglas Ollerenshaw, Auteur ; Costello, Mark, Auteur . - 2009 . - 11 p.
dynamic systems
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 130 n°6 (Novembre 2008) . - 11 p.
Mots-clés : trajectories (physics); projectiles; errors; predictive control; fire; flight Résumé : Launch uncertainties in uncontrolled direct fire projectiles can lead to significant impact point dispersion, even at relatively short range. A model predictive control scheme for direct fire projectiles is investigated to reduce impact point dispersion. The control law depends on projectile linear theory to create an approximate linear model of the projectile and quickly predict states into the future. Control inputs are based on minimization of the error between predicted projectile states and a desired trajectory leading to the target. Through simulation, the control law is shown to work well in reducing projectile impact point dispersion. Parametric trade studies on an example projectile configuration are reported that detail the effect of prediction horizon length, gain settings, model update interval, and model step size. En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...]
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 126 N° 3 (Septembre 2004) . - 583-594 p.
Titre : Simulation of a Mortar Launched, Parachute Deployed Battlefield Imaging System Titre original : Simulation d'un Mortier Lancé, Système de Formation Image de Champ de Bataille Déployé par Parachute Type de document : texte imprimé Auteurs : Frost, Geoffrey, Auteur ; Costello, Mark, Auteur Article en page(s) : 583-594 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Mortier lancé Image par parachute Boite métallique Conage Canalisation verticale Raccordement Symétrie Rotation Index. décimale : 629.8 Résumé : Flight behavior of a mortar launched, parachute deployed imaging system is examined with particular attention to characterizing the quantity and quality of recorded image data. Coverage area of the imager, blur due to motion of the imager, and view time are evaluated for different system configurations allowing important design parameters to be identified. It is shown that proper tailoring of the dynamic characteristics of the system greatly improves gathered image data quantity and quality. Coning of the canister is an important system characteristic that largely drives total ground coverage. Canister coning is influenced in a complex manner by system geometric parameters. Mounting the parachute riser to the canister in such a way that the connection is off the axis of symmetry of the canister is a powerful technique to increase coning of the canister. Likewise, increasing riser length also yields increased coning. Increasing spin rate of the canister leads to a proportional increase in image blur, which is largest toward the edge of the image. Also, increased canister weight tends to increase the descent rate, which reduces total view time. At the same time, increased descent rate increases the spin rate for cross type parachutes, leading to increased image blur.
Le comportement de vol d'un mortier lancé, système de formation image déployé par parachute est examiné en se référant plus particulièrement à caractériser la quantité et la qualité des données enregistrées d'image. La région d'assurance de l'encre en poudre, brouillent en raison du mouvement de l'encre en poudre, et le temps de vue sont évalués pour différentes configurations de système permettant à des paramètres de conception importants d'être identifiés. On lui montre que la mise sur pied appropriée des caractéristiques dynamiques du système améliore considérablement la quantité et la qualité recueillies de données d'image. Le conage de la boîte métallique est une caractéristique importante de système qui conduit en grande partie l'assurance au sol totale. Le conage de boîte métallique est influencé d'une façon complexe par des paramètres géométriques de système. Le montage de la canalisation verticale de parachute à la boîte métallique de telle manière que le raccordement soit outre de l'axe de la symétrie de la boîte métallique est une technique puissante pour augmenter le conage de la boîte métallique. De même, la longueur croissante de canalisation verticale rapporte également le conage accru. Le taux croissant de rotation de la boîte métallique mène à une augmentation proportionnelle de la tache floue d'image, qui est la plus grande vers le bord de l'image. En outre, le poids accru de boîte métallique tend à augmenter le taux de descente, qui réduit le temps total de vue. En même temps, le taux accru de descente augmente le taux de rotation pour le type en travers parachutes, menant à la tache floue accrue d'image.[article] Simulation of a Mortar Launched, Parachute Deployed Battlefield Imaging System = Simulation d'un Mortier Lancé, Système de Formation Image de Champ de Bataille Déployé par Parachute [texte imprimé] / Frost, Geoffrey, Auteur ; Costello, Mark, Auteur . - 583-594 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 126 N° 3 (Septembre 2004) . - 583-594 p.
Mots-clés : Mortier lancé Image par parachute Boite métallique Conage Canalisation verticale Raccordement Symétrie Rotation Index. décimale : 629.8 Résumé : Flight behavior of a mortar launched, parachute deployed imaging system is examined with particular attention to characterizing the quantity and quality of recorded image data. Coverage area of the imager, blur due to motion of the imager, and view time are evaluated for different system configurations allowing important design parameters to be identified. It is shown that proper tailoring of the dynamic characteristics of the system greatly improves gathered image data quantity and quality. Coning of the canister is an important system characteristic that largely drives total ground coverage. Canister coning is influenced in a complex manner by system geometric parameters. Mounting the parachute riser to the canister in such a way that the connection is off the axis of symmetry of the canister is a powerful technique to increase coning of the canister. Likewise, increasing riser length also yields increased coning. Increasing spin rate of the canister leads to a proportional increase in image blur, which is largest toward the edge of the image. Also, increased canister weight tends to increase the descent rate, which reduces total view time. At the same time, increased descent rate increases the spin rate for cross type parachutes, leading to increased image blur.
Le comportement de vol d'un mortier lancé, système de formation image déployé par parachute est examiné en se référant plus particulièrement à caractériser la quantité et la qualité des données enregistrées d'image. La région d'assurance de l'encre en poudre, brouillent en raison du mouvement de l'encre en poudre, et le temps de vue sont évalués pour différentes configurations de système permettant à des paramètres de conception importants d'être identifiés. On lui montre que la mise sur pied appropriée des caractéristiques dynamiques du système améliore considérablement la quantité et la qualité recueillies de données d'image. Le conage de la boîte métallique est une caractéristique importante de système qui conduit en grande partie l'assurance au sol totale. Le conage de boîte métallique est influencé d'une façon complexe par des paramètres géométriques de système. Le montage de la canalisation verticale de parachute à la boîte métallique de telle manière que le raccordement soit outre de l'axe de la symétrie de la boîte métallique est une technique puissante pour augmenter le conage de la boîte métallique. De même, la longueur croissante de canalisation verticale rapporte également le conage accru. Le taux croissant de rotation de la boîte métallique mène à une augmentation proportionnelle de la tache floue d'image, qui est la plus grande vers le bord de l'image. En outre, le poids accru de boîte métallique tend à augmenter le taux de descente, qui réduit le temps total de vue. En même temps, le taux accru de descente augmente le taux de rotation pour le type en travers parachutes, menant à la tache floue accrue d'image.
