DE102004039770A1

DE102004039770A1 - Flügelanordnung

Info

Publication number: DE102004039770A1
Application number: DE200410039770
Authority: DE
Inventors: Erich Plocher; Michael Feuerstein
Original assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2006-03-02
Also published as: NO20053824L; NO20053824D0; EP1628112A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flügelanordnung (10) für einen Flugkörper, umfassend zwei Flügelelemente (12, 14), bei der ein erstes Flügelelement (12) entlang seiner Längsachse über ein Verbindungsmittel (24) an dem Flugkörper ausklappbar befestigt ist und bei der ein zweites Flügelelement (14) mit dem ersten Flügelelement (12) derart verbunden ist, dass es um eine zur Längsachse des ersten Flügelelementes (12) senkrecht stehende Achse schwenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelanordnung für einen Flugkörper umfassend zwei Flügelelemente.
Flugkörper werden zum Teil aus Startcontainern oder Rohren heraus verschossen, in denen für den Flugkörper nur begrenzter Raum zur Verfügung steht. Aus diesem Grund müssen derartige Flugkörper sehr kompakt gebaut werden. Speziell die an den Flugkörpern angeordneten Flügel benötigen einen gewissen Platzbedarf. Deshalb weisen Flugkörper, die auf derartige Weise verschossen werden, zumeist Flügelanordnungen auf, die sich vor Abschuss des Flugkörpers nahe am Rumpf oder in einer Aussparung im Rumpf des Flugkörpers befinden. Diese Flügelanordnungen entfalten erst nach dem Abschuss ihre volle Wirksamkeit hinsichtlich ihrer Flügelfläche, indem sie beispielsweise seitlich herausgeklappt oder herausgeschwenkt werden.

Als Flügelanordnung der eingangs genannten Art ist aus der US 4,667,899 eine Anordnung bekannt, bei der ein erstes Flügelelement aus einer im Rumpf eines Flugkörpers vorgesehenen Aussparung um 90 Grad seitlich herausschwenkbar ist, so dass seine Flügelfläche nicht mehr parallel zum Rumpf des Flugkörpers, sondern senkrecht zu dessen Rumpf ausgerichtet ist. Im Anschluss an diese Schwenkbewegung wird das Flügelelement dann um weitere 90 Grad um seine Längsachse gedreht, so dass seine Flügelfläche in der Endstellung parallel zur Längsachse des Flugkörpers liegt. In dem ersten Flügelelement ist ein zweites Flügelelement enthalten, das nach Beendigung des Schwenkvorgangs des ersten Flügelelementes aus diesem teleskopartig herausgeschoben wird, um die Flügelfläche zu erhöhen.

Mit der Flügelanordnung gemäß Stand der Technik ist nachteiligerweise nur eine begrenzte Gesamtspannweite des Flügels erreichbar. Auch sind vergleichsweise hohe Öffnungskräfte zum Bewegen des Teleskopmechanismus erforderlich.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flügelanordnung anzugeben, mit der sich eine gegenüber dem Stand der Technik größere Flügelspannweite erzielen lässt.

Diese Aufgabe wird für eine Flügelanordnung für einen Flugkörper umfassend zwei Flügelelemente erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erstes Flügelelement entlang seiner Längsachse über ein Verbindungsmittel an dem Flugkörper ausklappbar befestigt ist und dass ein zweites Flügelelement mit dem ersten Flügelelement derart verbunden ist, dass es um eine zur Längsachse des ersten Flügelelementes senkrecht stehende Achse schwenkbar ist.

Die Erfindung geht in einem ersten Schritt von der Überlegung aus, dass durch eine Kombination zweier Flügelelemente über einen Klapp-Schwenkmechanismus prinzipiell eine größere Flügelspannweite erreichbar ist. Ein Klapp-Schwenkmechanismus ist jedoch nicht geeignet, da er mit einer verringerten mechanischen Flügelstabilität einhergeht.

In einem zweiten Schritt geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass eine Befestigung eines Flügelelementes entlang seiner Längsachse über ein Verbindungsmittel für eine größere Stabilität des Flügelelementes sorgt im Vergleich zu einer Befestigung im Bereich seiner Querachse. Durch die größere Anbindung an den Rumpf wird die mechanische Stabilität soweit erhöht, dass auch eine Flügelanordnung, bei der ein erstes Flügelelement klappbar angeordnet ist und ein weiteres Flügelelement mit diesem über einen Schwenkmechanismus verbunden ist, realisierbar ist.

Zudem ist mit einem Klappmechanismus um eine Längsachse eines Flügelelementes eine bessere Positionsstabilität hinsichtlich der Ausrichtung des Flügelelementes erzielbar, weil die Lage des Schwerpunktes des Flügelelementes näher am Flugkörper ist. Dadurch wird sichergestellt, dass sich nach dem Ausklappen eines Flügelelementes etwas zeitlich verzögert oder im Anschluss daran auch ein weiteres Flügelelement problemlos beispielsweise verschwenken lässt, ohne durch eine eventuelle Fehlstellung eines ersten Flügelelementes daran gehindert zu werden.

Durch die Erfindung wird eine Flügelanordnung geschaffen, die hohe Anforderungen an die Stabilität eines Flügels an einem Flugkörper erfüllt, eine große Flügelspannweite aufweist und dabei äußerst Platz sparend am Rumpf oder in einer Aussparung im Rumpf eines Flugkörpers angeordnet werden kann. Durch die große Flügelspannweite kann ein besonders gut manövrierbarer Flugkörper erzielt werden.

Ein Flugkörper mit derartigen Flügelanordnungen ist zudem für einen Einsatz in Medien hoher Dichte, wie z. B. Wasser, geeignet, da bei dieser Flügelanordnung, d. h. speziell aufgrund der Schwenkbewegung des zweiten Flügelelementes um eine zur Längsachse des ersten Flügelelementes senkrecht stehenden Achse im Vergleich zu beispielsweise einer Klappbewegung parallel zu jener Längsachse nur geringere Öffnungskräfte erforderlich sind. Damit kann auch in solchen Medien davon ausgegangen werden, dass sich die Flügelanordnung nach dem Abschuss des Flugkörpers wie gewünscht entfaltet und nicht in einer Zwischenstellung stehen bleibt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Flügelelement zumindest teilweise in einem Innenraum des ersten Flügelelementes schwenkbar. Dadurch wird zusätzlich eine Platzersparnis erreicht und somit eine Anordnung eines mit derartigen Flügelanordnungen versehenen Flugkörpers in einem Startcontainer kleiner Abmessungen ermöglicht. Zudem ist das zweite Flügelelement dadurch vor schädigenden, äußeren Einflüssen vor dem eigentlichen Einsatz des Flugkörpers geschützt.

Verbleibt bei dem Herausschwenken des zweiten Flügelelementes aus dem Innenraum des ersten Flügelelementes ein Teil des zweiten Flügelelementes innerhalb des Innenraumes, wird für eine gewisse zusätzliche Stabilität des zweiten Flügelelementes in herausgeschwenktem Zustand gesorgt. Die beiden Seitenwände des ersten Flügelelementes können dabei eine stützende Wirkung seitlich auf die Flügelfläche des zweiten Flügelelementes ausüben. Die Gefahr eines Abbrechens oder Umknickens des zweiten Flügelelementes während einer Flugkörpermission wird dadurch wesentlich gemindert.

Vorteilhafterweise ist das Verbindungsmittel als Scharnierverbindung ausgebildet. Über eine Scharnierverbindung ist ein bestimmter Klappwinkel besonders genau festlegbar. Das erste Flügelelement kann dadurch in eine definierte Position in Bezug auf den Flugkörper gebracht werden. Ein zu weites Aufklappen des ersten Flügelelementes in eine aerodynamisch ungünstige Position oder dadurch verursachte Beschädigungen am Flugkörper werden somit verhindert. Es kann dabei vorgesehen sein, dass sich sowohl am Verbindungsmittel als auch am ersten Flügelelement Durchführungen befinden, beispielsweise in Form von Scharnierösen, durch die eine gemeinsame Welle geschoben werden kann.

Geschickterweise können über eine solche Welle Buchsen mit einer darum gewickelten mechanischen Feder geschoben sein, die sich in dem Bereich zwischen zwei Scharnierösen von erstem Flügelelement und Verbindungsmittel befinden. Sinnvollerweise befinden sich die Federn bei angelegtem erstem Flügelelement in gespannten Zustand und klappen das erste Flügelelement nach Entfernung eines eventuell vorgesehenen Sicherungsmittels, das die Flügelanordnung vor Abschuss des Flugkörpers in ihrer Position hält, aus. Über die Anzahl der Federn und über deren Härte lässt sich die Geschwindigkeit, mit der sich das erste Flügelelement ausklappen lässt, einfach regulieren.

Es ist denkbar, dass die Scharnierösen an dem Verbindungsmittel und an dem ersten Flügelelement unterschiedlich ausgelegt sind. Eine Scharnieröse des ersten Flügelelementes kann beispielsweise einen Anschlag aufweisen, der in Zusammenspiel mit dem Verbindungsmittel dafür sorgt, dass das erste Flügelelement nur um einen über den Anschlag definierten Ausklappwinkel aufklappen kann. Umgekehrt kann auch eine Scharnieröse des Verbindungsmittels einen derartigen Anschlag mit gleicher Funktion aufweisen.

Praktischerweise ist das Verbindungsmittel bereits in den Rumpf des Flugkörpers integriert oder auf diesen beispielsweise durch eine Schweiß-, Schraub- oder Klebverbindung aufgebracht. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass das Verbindungsmittel in einer Aussparung innerhalb des Rumpfes des Flugkörpers angeordnet ist, die auch das erste und das zweite Flügelelement aufnehmen kann. Dadurch wird ein Flugkörper realisiert, der besonders gut in kleinen Startcontainern oder Rohren mit geringem Innendurchmesser untergebracht werden kann.

Zweckmäßigerweise ist das zweite Flügelelement im Bereich seiner Wurzel schwenkbar mit dem ersten Flügelelement verbunden. Dadurch muss bei Verschwenkung des zweiten Flügelelementes über einen gewissen Winkel hinweg keine oder nur eine minimale Aussparung im Rumpf des Flugkörpers bzw. im Verbindungsmittel oder im ersten Flügelelement vorgesehen werden, um den durch die Schwenkbewegung ins Flugkörperinnere gerichteten Teil des zweiten Flügelelementes aufnehmen zu können. Zudem kann dadurch eine besonders lange Spannweite des Flügels realisiert werden, die sich positiv auf die Flugeigenschaften des Flugkörpers auswirkt.

Von Vorteil ist es, wenn an dem ersten Flügelelement ein Anschlag vorgesehen ist, der den maximalen Ausschwenkwinkel des zweiten Flügelelementes definiert. Je nachdem, in welchem Medium (z. B. Luft oder Wasser) der Flugkörper eingesetzt werden soll und mit welcher Geschwindigkeit der Flugkörper fliegen soll, ist ein bestimmter Ausschwenkwinkel für das zweite Flügelelement sinnvoll. Der Anschlag kann dabei bereits fertigungstechnisch fest vorgegeben sein, wenn das Einsatzgebiet des Flugkörpers schon genau festgelegt ist, beispielsweise in Form eines Vorsprungs am ersten Flügelelement, oder variabel ausgelegt sein, um je nach Einsatzgebiet des Flugkörpers einen optimalen Ausschwenkwinkel einstellen zu können, beispielsweise in Form eines verschiebbaren Elementes.

Ein weiterer Vorteil wird erreicht, wenn das zweite Flügelelement im Bereich seiner Wurzel eine Nase aufweist, die im ausgeschwenkten Zustand in eine im Verbindungsmittel vorgesehene Tasche eingreift und so das zweite Flügelelement arretiert. Dadurch wird eine exakte Ausrichtung des zweiten Flügelelementes und somit eine gute Manövrierbarkeit während eines Einsatzes des Flugkörpers gewährleistet.

Besonders geschickt ist es dabei, wenn das zweite Flügelelement dabei teilweise innerhalb des ersten Flügelelementes angeordnet ist und über eine Aussparung auf der Unterseite des ersten Flügelelementes in die Tasche eingreift. Denn dadurch wird das erste Flügelelement automatisch über das zweite Flügelelement in seiner Position gehalten. Ein zusätzliches Arretierungsmittel, um das erste Flügelelement nach dem Aufklappen in seiner Position zu halten, ist nicht zwingend erforderlich. Die am zweiten Flügelelement angreifenden Kräfte in seinem herausgeschwenkten Zustand werden dabei über das Verbindungsmittel aufgenommen. Der Kraftfluss muss somit nicht über das erste Flügelelement, Wellen, Arretierungsmittel zwischen erstem Flügelelement und Verbindungsmittel usw. geleitet werden. Dadurch wird eine übermäßige Beanspruchung und damit verbundene Beschädigung dieser Flügelbauteile unterbunden.

Praktischerweise wird das zweite Flügelelement über Entspannung einer mechanischen Feder, beispielsweise einer Blattfeder, nach dem Abschuss des Flugkörpers und Entfernung eines eventuell vorgesehenen Sicherungsmittels aus seiner platzsparenden Position herausgeschwenkt. Eine derartige mechanische Lösung ist kostengünstig und zudem kaum fehleranfällig.

Außerdem wird vorgeschlagen, dass zum Fixieren des ersten Flügelelementes in seiner ausgeklappten Position ein Arretierungsmittel vorgesehen ist. Durch ein Arretierungsmittel kann verhindert werden, dass das erste Flügelelement aufgrund der Anströmung so weit zurückklappen kann, dass eine Schwenkbewegung des zweiten Flügelelementes nur eingeschränkt oder unter Umständen sogar überhaupt nicht möglich ist. Bei dem Arretierungsmittel kann es sich beispielsweise um ein mit dem Verbindungsmittel verbundenes, über eine mechanische Feder drehbares Element handeln, das sich bei Aufklappen des ersten Flügelelementes in eine Aussparung in einer Scharnieröse des ersten Flügelelementes hineindreht und dieses dadurch in seiner ausgeklappten Position fixiert.

Es kann vorgesehen sein, dass die Flügelanordnung über ein Sicherungsmittel in Form eines Bandes, das um den Durchmesser des Flugkörpers und die Flügelanordnung ringförmig herum verläuft, in der für die Unterbringung in einem Startcontainer erforderlichen Ausrichtung gehalten wird. Dieses Band kann dann nach Abschuss des Flugkörpers beispielsweise pyrotechnisch gelöst werden. Danach ist ein Ausklappen bzw. Schwenken der Flügelelemente möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 die Bestandteile einer Flügelanordnung in Explosionsdarstellung,
2 eine Flügelanordnung in vollständig ausgeklapptem, ausgeschwenktem Zustand,
3 eine Flügelanordnung in an einen Flugkörper angelegten Zustand,
4 einen Verriegelungsbereich eines zweiten Flügelementes mit einem Verbindungsmittel,
5 ein Arretierungsmittel und
6 ein Arretierungsmittel und eine zugehörige Scharnieröse.
Gleiche Teile werden dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In 1 sind die einzelnen Bestandteile einer Flügelanordnung 10 in Explosionsdarstellung abgebildet. Ein erstes Flügelelement 12 ist hohlwandig ausgestaltet, so dass ein zweites Flügelelement 14 teilweise innerhalb des ersten Flügelelementes angeordnet werden kann. Das erste Flügelelement 12 ist mit dem zweiten Flügelelement 14 im Bereich seiner Wurzel über eine durch seine beiden Seitenwände durchgängige Bohrung 16 und über eine Bohrung 18 mittels eines Bolzens 20 mit Innengewinde und eines entsprechenden Gegenbolzens 22 mit Außengewinde verschraubbar. Dadurch kann das zweite Flügelelement 14 um eine zur Längsachse des ersten Flügelelementes 12 senkrechte Achse, die in Richtung der Bolzenverbindung aus Bolzen 20 und Gegenbolzen 22 verläuft, verschwenkt werden.
Das erste Flügelelement 12 ist mit einem Verbindungsmittel 24 durch unterschiedlich ausgestaltete Scharnierösen 26, die sich sowohl an dem Verbindungsmittel 24 als auch am ersten Flügelelement 12 befinden, über Wellen 28, 30 verbindbar. Die Wellen 28, 30 sind dabei vollständig oder teilweise durch die Scharnierösen 26 geschoben. In dem Verbindungsmittel 24 sind Aussparungen 32 vorgesehen, um Buchsen 34, um die mechanische Federn 36 geschoben werden, aufnehmen zu können. Die Welle 30 wird auch durch die Buchsen 34 geschoben. Die mechanischen Federn 36 sind dabei so angeordnet, dass sie sich in einem gespannten Zustand befinden, wenn sich das erste Flügelelement 12 in einem an den Flugkörper angelegten Zustand befindet.
Des Weiteren weist das Verbindungsmittel 24 eine Aussparung 38 auf, in die ein Arretierungsmittel 40 mittels nicht dargestellter Verbindungsstifte und einer nicht dargestellten mechanischen Feder drehbar angeordnet wird. Die mechanische Feder wird dabei so angeordnet, dass sie sich in einem gespannten Zustand befindet, wenn sich das erste Flügelelement 12 in einem an den Flugkörper angelegten Zustand befindet. Klappt das erste Flügelelement 12 nach Entfernung eines nicht gezeigten Sicherungsmittels aufgrund Entspannung der zuvor gespannten Federn 36 auf, so dreht sich das Arretierungsmittel 40 aufgrund der Entspannung seiner zuvor gespannten mechanischen Feder und rastet in einer speziell dafür vorgesehenen Aussparung 46 in der darüber liegenden Scharnieröse 48 ein und verhindert dadurch ein Zurückklappen des ersten Flügelelementes 12 (siehe 6).
Weiterhin weist das Verbindungsmittel 24 eine Tasche 50 auf, in die der untere Teil 52 des zweiten Flügelelementes 14 bei Herausschwenken aus dem ersten Flügelelement 12 hineinragt. Bei vollständigem Herausschwenken des zweiten Flügelelementes 14 liegt dieses an einem innerhalb des ersten Flügelelements 12 befindlichen Anschlags 54 – hier in Form der Ausgestaltung der Innenwand des ersten Flügelelementes 12 – an und sorgt durch seine am unteren Teil 52 hervorstehende Nase 56 für eine Fixierung seiner Position (siehe 4).
2 zeigt eine zuvor beschriebene Flügelanordnung 10 in vollständig ausgeklapptem Zustand des ersten Flügelelementes 12 und vollständig ausgeschwenktem Zustand des zweiten Flügelelementes 14. Die Scheibe 58 mit ihren vier Fortsätzen symbolisiert hierbei einen in einem Rohr eingebrachten Flugkörper und die Anzahl, der an ihm vorgesehenen Flügelanordnungen 10. Der äußere Durchmesser der Scheibe 58 stellt den Rohrdurchmesser dar.
3 hingegen zeigt eine zuvor beschriebene Flügelanordnung 10 in vollständig eingeklapptem Zustand des ersten Flügelelementes 12 an einen Flugkörper und ein soweit wie möglich in das erste Flügelelement 12 hineingeschwenktes Flügelelement 14. Zur Verbesserung der Darstellung der Anordnung der beiden Flügelelemente 12, 14 zueinander ist das erste Flügelelement 12 transparent dargestellt. Man erkennt das teilweise innerhalb des ersten Flügelelementes 12 angeordnete Flügelelement 14 und den Anschlag 54, an dem das zweite Flügelelement in vollständig herausgeschwenktem Zustand anliegen würde.
In 4 ist in teilweise transparenter Darstellung der Verriegelungsbereich des zweiten Flügelelementes 14 mit dem Verbindungsmittel 24 bei vollständig herausgeschwenktem zweitem Flügelelement 14 gezeigt. Man sieht, wie der untere Teil 52 und die Nase 56 des zweiten Flügelelementes 14 in die Tasche 50 des Verbindungsmittels 24 hineingreifen und dadurch das zweite Flügelelement 14 in seiner aktuellen Position fixieren. Der obere Teil der Nase 56 wird dabei von der Wandung der angrenzenden Scharnieröse 26 umschlossen. Mittels dieses Verriegelungsbereiches wird jedoch nicht nur das zweite Flügelelement 14 in seiner Position gehalten, sondern auch automatisch das ausgeklappte erste Flügelelement 12.
5 zeigt das bereits erwähnte Arretierungsmittel 40. Das Arretierungsmittel 40 ist um eine zu seiner Bohrung 60 parallelen Achse drehbar in der in 1 gezeigten Aussparung 38 angeordnet.
In 6 sind das Arretierungsmittel 40 und die zugehörige darüber liegende Scharnieröse 48 gezeigt. In an einen Flugkörper angelegten Zustand des ersten Flügelelementes 12 liegt das Arretierungsmittel 40 formschlüssig an der Scharnieröse 48 an. Die Scharnieröse 48 weist eine so dimensionierte Aussparung 46 auf, dass das Arretierungsmittel 40 bei Herausklappen des ersten Flügelelementes 12 aus der Zeichenebene heraus aufgrund seiner nicht dargestellten gespannten mechanischen Feder eine Drehung um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn ausführt und dabei in die Aussparung 46 einrastet. Darüber hinaus ist an der Scharnieröse 48 ein Anschlag 62 vorgesehen, der dafür sorgt, dass das Arretierungsmittel nicht versehentlich eine Drehung von mehr als 90 Grad ausführen kann. In vorliegendem Ausführungsbeispiel dient die Verriegelung mittels des Arretierungsmittels 40 nur zur Unterstützung der Verriegelung bzw. Fixierung des ersten Flügelelementes 12 in seiner ausgeklappten Position über das Eingreifen des unteren Teils 52 und der Nase 56 des zweiten Flügelelementes 14 in die Tasche 50 des Verbindungsmittels 24.
Bezugszeichenliste

Claims

Flügelanordnung (10) für einen Flugkörper umfassend zwei Flügelelemente (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass a) ein erstes Flügelelement (12) entlang seiner Längsachse über ein Verbindungsmittel (24) an dem Flugkörper ausklappbar befestigbar ist und b) ein zweites Flügelelement (14) mit dem ersten Flügelelement (12) derart verbunden ist, dass es um eine zur Längsachse des ersten Flügelelementes (12) senkrecht stehende Achse schwenkbar ist.
Flügelanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Flügelelement (14) zumindest teilweise in einem Innenraum des ersten Flügelelementes (12) schwenkbar ist.
Flügelanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (24) als Scharnierverbindung ausgebildet ist.
Flügelanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auslösung des Ausklappens des ersten Flügelelementes (12) eine Anzahl von mechanischen Federn (36) vorgesehen ist.
Flügelanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Flügelelement (14) im Bereich seiner Wurzel schwenkbar mit dem ersten Flügelelement (12) verbunden ist.
Flügelanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Flügelelement (12) ein Anschlag (54) vorgesehen ist, der den maximalen Ausschwenkwinkel des zweiten Flügelelementes (14) definiert.
Flügelanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Flügelelement (14) im Bereich seiner Wurzel eine Nase (56) aufweist, die im ausgeschwenkten Zustand in eine im Verbindungsmittel vorgesehene Tasche (50) eingreift und so das zweite Flügelelement (14) arretiert.
Flügelanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fixieren des ersten Flügelelementes (12) in seiner ausgeklappten Position ein Arretierungsmittel (40) vorgesehen ist.