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Die
Erfindung betrifft ein drallstabilisiertes, lenkbares Geschoss und
ein Verfahren zu seiner Lenkung.
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Drallstabilisierte,
lenkbare Geschosse umfassen meist ein aerodynamisches Lenkmittel.
Das aerodynamische Lenkmittel ordnet man an einem drehgelagerten,
drallentkoppelten Geschossteil an. Während das übrige Geschoss mit einer hohen
Drehzahl zur Stabilisierung der Flugbahn rotiert, wird zur Lenkung
das drehgelagerte, drallentkoppelte Geschossteil in eine raumfeste
Lage gebracht, wobei man mit dem aerodynamischen Lenkmittel eine Lenkkraft
erzeugt, die das Geschoss in die gewünschte Flugbahn ausrichtet.
Eine Energiequelle ist notwendig, um unter anderem das drehgelagerte, drallentkoppelte
Geschossteil in eine raumfeste Lage zu überführen.
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Im
Hinblick auf das funktionelle Zusammenspiel und die Ausbildung
- – des
Lenkmittels,
- – des
drehgelagerten, drallentkoppelten Geschossteils und der
- – Energiequelle
sind
verschiedene Konzepte bekannt.
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Aus
der
DE 600 21 822
T2 ist ein drallstabilisiertes Geschoss bekannt. Hierbei
ist die Geschossnase am übrigen
Geschoss drehgelagert. Die drallentkoppelte Geschossnase weist aerodynamische Lenkmittel
auf. Zwischen der drallentkoppelten Geschossnase und dem übrigem Geschoss
ist ein Generator (Absatz 0038,
8)
angeordnet. Die aerodynamischen Lenkmittel sind als Entenflügel ausgebildet.
Bei dem vorliegenden Konzept liegt der aerodynamische Angriffspunkt
vorne. Auf äußere Störungen reagiert
das Geschoss sensibel. Das Flugverhalten ist eher als instabil zu
bewerten.
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Aus
der
US 4 565 340 A ist
ein Geschoss bekannt, das jedoch nicht als drallstabilisiert bezeichnet werden
kann. Denn die vorgesehene geringe Drehgeschwindigkeit soll lediglich
einen Datenaustausch mit einer Bodenstation (Spalte 3, Zeile 48
bis 52) erleichtern. Daher sind zur Stabilisierung ausklappbare Leitflügel in der
Mitte des Geschosses angeordnet. Das Heckteil ist am übrigen Geschoss
drehgelagert. Das Heckteil weist aerodynamische Lenkmittel auf. Die
aerodynamischen Lenkmittel sind als Lenkflügel ausgebildet, die in einer
raumfesten Lage gezielt verschwenkbar sind. Zwischen dem Heckteil
und dem übrigem
Geschoss ist ein Motor angeordnet. Der Motor treibt das Heckteil
mit genau der gleichen Drehgeschwindigkeit des übrigen Geschosses an, jedoch
in der umgekehrten Richtung. Dadurch wird eine raumfeste Lage des
Heckteils erzielt.
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Bei
den nachfolgend genannten Schriften steht die Ausbildung des Hecks
und der aufklappbaren Leitflügel
im Vordergrund. Weniger der Lenkmechanismus.
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So
zeigt die
DE 10
2005 035 829 B4 ein drallentkoppeltes, heckseitiges Leitwerk
für ein
Geschoss. Das heckseitige Leitwerk weist aufklappbare Leitflügel auf.
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Die
US 6 588 700 B2 betrifft
die mechanische Ausbildung eines drallentkoppelten Heckteils eines
lenkbaren Geschosses. Das drallentkoppelte Heckteil weist aufklappbare
Leitflügel
auf.
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Aus
der
DE 20 16 05 A ist
ein Geschoss bekannt, das am Heck ausklappbare, gleichsinnig verschränkte Leitflügel aufweist.
Dadurch verleiht man dem Geschoss einen Drall.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein drallstabilisiertes Geschoss
mit einem einfachen Lenkungsmechanismus zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
drallstabilisiertes Geschoss mit den Merkmalen des Anspruches 1
gelöst.
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Das
drallstabilisierte Geschoss rotiert mit einer hohen Drehzahl, um
einen spürbaren
Kreiseleffekt zur Stabilisierung zu erhalten. Das Heckteil ist am übrigen Geschoss
drehgelagert und dadurch drallentkoppelt. Das drallentkoppelte Heckteil
weist ausklappbare, gleichsinnig verschränkte Leitflügel auf. Die Leitflügel bremsen
den hohen Anfangsdrall des Heckteils zunächst ab und treiben dann das Heckteil
mit einer geringen Drehgeschwindigkeit umgekehrt zur Drehrichtung
des Heckteils an. Zwischen dem drallentkoppelten Heckteil und dem übrigen Geschoss
ist ein Generator angeordnet. Mit dem Generator ist die Stromversorgung
des Geschosses sichergestellt. Der Generator nutzt die Drehzahldifferenz
zwischen dem drallentkoppelten Heckteil und dem übrigen Geschoss für die Stromerzeugung
aus. Über
aus- und wieder einfahrbare, aerodynamische Lenkmittel kann ein
gezielter Lenkimpuls abgegeben werden. Um einen Lenkimpuls auszuüben, wird
das Heckteil mit Hilfe des Generators in eine raumfeste Lage gebracht.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung weisen die aerodynamischen Lenkmittel
mindestens ein Paar von Lenkflügeln
auf, wobei die Lenkflügel sich
gegenüberstehen
und gegensinnig zueinander verschränkt sind. Lenkflügel sind
bewährte
Bauteile. Eine hohe aerodynamische Stellkraft ergibt sich aus dem
Gegenüberstehen
und dem gegensinnigen Verschränken
der Lenkflügel.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Lenkflügel über ein
Drehgelenk am drallentkoppelten Heckteil angeordnet und ein- und ausklappbar ausgebildet
ist. Hierdurch lässt
sich sehr einfach das Einfahren und Ausfahren der aerodynamischen
Lenkmittel erzielen, um einen zeitlich begrenzten Lenkimpuls abzugeben.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Lenkflügel eine
elektrische Verriegelung auf, mit der die Einklapp- und Ausklappstellung
ver- und entriegelbar ist. Aufgrund des Generators liegt eine Stromversorgung
für die
elektrische Verriegelung vor.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Lenkflügel so ausgebildet,
dass die Lenkflügel über Fliehkräfte von
der eingeklappten Stellung in die ausgeklappte Stellung verstellbar sind.
Da das Heckteil aufgrund der Leitflügel mit einer geringen Drehzahl
entgegengesetzt zum übrigen, sich
schnell drehenden Geschoss rotiert, nutzt man in einfacher Weise
die Fliehkräfte
zum Ausklappen der Lenkflügel
aus.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Lenkflügel so ausgebildet,
dass die Lenkflügel über die
Kräfte
der Anströmung
von der ausgeklappten Stellung in die eingeklappte Stellung verstellbar
sind. Während
des Lenkvorganges nimmt das Heckteil eine raumfeste Lage bestimmter
Drehwinkellage ein. Fliehkräfte
werden nicht auf das Heckteil ausgeübt. Dadurch können die
Kräfte
der Anströmung
die Lenkflügel
in die eingeklappte Stellung überführen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet jeder Lenkflügel einen
Kreisabschnitt. Ein Lenkflügel
dieser Form lässt
sich gut in dem Heckteil unterbringen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Drehgelenk in der Mitte
des Kreises angeordnet, aus dem der Kreisabschnitt gebildet ist, und
der Verschwenkbereich des Leitflügels
beträgt 180°. Hierdurch
erzielt man, dass die aerodynamische wirksame Fläche hoch ist und die Unterbringung
des eingeklappten Lenkflügels
nur wenig Platz benötigt.
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Die
Merkmale des nebengeordneten Anspruches 9 beschreiben ein Lenkverfahren.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
Dabei zeigen in Form von Prinzipskizzen
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1 ein
drallstabilisiertes Geschoss mit einem drallentkoppelten Heckteil,
in der Vorderansicht;
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1a die
Rückansicht
des in 1 dargestellten, drallentkoppelten Heckteils im
Lenkbetrieb mit ausgefahrenen Lenkflügeln;
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2a bis 2d die
einzelnen Schritte des Aufklappens eines Lenkflügels;
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3 ein
Diagramm, das mit einer Strichlinie die Drehzahl des drallentkoppelten
Heckteils und mit einer Volllinie die Drehzahl des übrigen Geschosses vom
Zeitpunkt des Abschusses an illustriert;
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3a bis 3d jeweils
die Rückansicht des
drallentkoppelten Heckteils des Geschosses, die jeweils einzelnen
Phasen des in 3 dargestellten Diagramms zugeordnet
sind, wobei in jeder Fig. die entsprechende Stellung der Leitflügel und
Lenkflügel illustriert
ist.
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Die 1 zeigt
ein drallstabilisiertes Geschoss 1, bei dem das Heckteil 8 am übrigen Geschoss
drehgelagert ist. Das drallentkoppelte Heckteil 8 weist
selbsttätig
ausklappbare, gleichsinnig verschränkte Leitflügel 10a und 10b auf.
Die Leitflügel 10a und 10b bremsen
den hohen Drall des Heckteils 8 ab und lassen das Heckteil 8 mit
einer geringen Drehzahl in umgekehrter Drehrichtung zum übrigen Geschoss
rotieren. Zwischen dem drallentkoppelten Heckteil 8 und
dem übrigem
Geschoss 1 ist ein Generator 5 angeordnet, der
auch zur Abbremsung des drallentkoppelten Heckteils 8 in
eine raumfeste Lage ausgebildet ist. Am Heckteil 8 sind
aus- und wieder einfahrbare, aerodynamische Lenkmittel angeordnet. Zur
Lenkung nimmt das Heckteil 8 eine raumfeste Lage eines
vorbestimmten Drehwinkels ein. Um einen Lenkimpuls auszuüben, bleiben
die aerodynamischen Lenkmittel für
einen bestimmten Zeitabschnitt in der ausgefahrenen Stellung.
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Die 1a illustriert
den Lenkbetrieb mit ausgefahrenen aerodynamischen Lenkmitteln. Die aerodynamischen
Lenkmittel weisen ein Paar von Lenkflügeln 20a und 20b auf.
Rein äußerlich ähneln sich
die Leitflügel 10a und 10b und
die Lenkflügel 20a und 20b.
Anders als die Leitflügel 10a und 10b sind
die Lenkflügel 20a und 20b jedoch
gegensinnig verschränkt
und üben
daher in einer raumfesten Lage in Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung eine
Lenkkraft aus. Im vorliegenden Fall der 1 und 1a bewirkt
die Lenkkraft eine Ablenkbewegung des Geschosses nach unten.
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In
Abweichung zum dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch
möglich,
mehrere Paare von sich gegenüberstehenden
und gegensinnig zueinander verschränkten Lenkflügeln vorzusehen,
um die Lenkkraft zu erhöhen.
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Die 2a bis 2d illustrieren
Schritt für Schritt
den Vorgang des Ausklappens am Beispiel des Lenkflügels 20a.
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Die 2a zeigt
zunächst,
dass der Lenkflügel 20a über ein
Drehgelenk 21 am drallentkoppelten Heckteil 8 angeordnet
ist. Der Lenkflügel 20a weist eine
elektrische Verriegelung auf. Teil der elektrischen Verriegelung
ist ein elektrisch betätigbarer Verriegelungsstift 81.
In 2a ist die eingeklappte Stellung des Lenkflügels 10a in
der Verriegelungsstellung gezeigt. Der Verriegelungsstift 22 greift
in die hintere Verriegelungsbohrung 81 ein.
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Über Fliehkräfte kann
der Lenkflügel 20a von der
eingeklappten Stellung in die ausgeklappte Stellung verstellt werden.
Die Fliehkräfte
resultieren daher, dass das drallentkoppelte Heckteil (8, 1)
mit einer geringen Drehzahl und entgegengesetzt zum übrigen Geschoss
rotiert. Hierfür
sorgen die Leitflügel
(10a, 10b, 1a). Dies
wird später
noch genau erläutert.
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Zum
Ausklappen des Lenkflügels 20a wird zunächst der
Verriegelungsstift 22 aus der hinteren Verriegelungsbohrung 81 herausgezogen,
wie 2b zeigt. Da der Schwerpunkt 23 des Lenkflügels 20a,
wie in der 2b zu sehen ist, vor dem Drehpunkt
des Drehgelenks 21 liegt, entsteht aufgrund der zentrifugalen
Beschleunigung ein Drehmoment, das den Lenkflügel 20a aus seiner
aktuellen Position herausklappt und in die Anströmung dreht, wie aus 2c hervorgeht.
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Wenn
die aufgeklappte Stellung erreicht ist, wird der Verriegelungsstift 22 elektrisch
in die vordere Eingriffsbohrung 82 verschoben, wie 2d zeigt. Dann
wird das Heckteil (8, 1) in eine
raumfeste Lage mit Hilfe des Generators (5, 1)
abgebremst und die Lenkung beginnt.
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Wenn
der Lenkungsvorgang abgeschlossen ist, wird der Verriegelungsstift 22 elektrisch
aus der vorderen Eingriffsbohrung 82 herausgezogen. Die raumfeste
Lage des Heckteils (8, 1) wird
weiter beibehalten. Über
die Kräfte
der Anströmung
gelangt der Lenkflügel 10a von
der ausgeklappten Stellung in die eingeklappte Stellung. In der
eingeklappten Stellung erfolgt die elektrische Verriegelung mit
Hilfe des Verriegelungsstifts 22. Die verschränkten Leitflügel lassen
das Heckteil wieder mit einer geringen Drehzahl rotieren. Der Generator
erzeugt Strom..
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Wie
die 2a bis 2d zeigen,
ergibt sich eine kompakte Bauweise dadurch, dass der Lenkflügel 20a einen
Kreisabschnitt bildet. Hierbei ist das Drehgelenk 21 in
der Mitte des Kreises angeordnet, aus dem der Kreisabschnitt gebildet
ist. Der Verschwenkbereich des Lenkflügels 20a beträgt 180°.
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Nachdem
die Ausbildung des Lenkflügels näher erläutert wurde,
wird nachfolgend an Hand des Zeitablaufdiagramms nach 3 und
den Figuren der Flügelstellungen
nach den 3a bis 3d das
Verfahren zur Lenkung eines drallstabilisierten Geschosses erläutert.
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In
der Phase a befindet sich das Geschoss im Waffenrohr und wird beschleunigt.
Der Drall des Heckteil, illustriert durch die Strichlinie, wie auch
der Drall des übrigen
Geschosses, dargestellt durch die Volllinie, nimmt ständig zu.
Wie 3a zeigt, sind die Leitflügel und die Lenkflügel eingeklappt.
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Nach
dem Austritt des Geschosses aus dem Waffenrohr klappen die Leitflügel 10a und 10b,
wie 3b illustriert, auf und die Phase b beginnt. In
der Phase b bremsen die Leitflügel 10a und 10b die Drallgeschwindigkeit
des Heckteils auf den Wert Null ab. Anschließend beschleunigen die Leitflügel das Heckteil
auf eine gegenläufige
Drehbewegung geringer Drehzahl. Die Drehzahldifferenz wird vom Generator
ausgenutzt, um Strom zu erzeugen.
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Der Übergang
zur Phase c der Lenkung wird eingeleitet durch die elektrische Entriegelung
der Lenkflügel 20a und 20b,
durch das automatisches Aufklappen der Lenkflügel 20a 20b mit
Hilfe der Fliehkräfte
und durch die elektrische Verriegelung der Lenkflügel 20a 20b in
der aufgeklappten Stellung. Das Abbremsen des Heckteils 8 in
eine raumfeste Lage erfolgt mit dem Generator 5.
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Das
Heckteil verbleibt in dieser raumfesten Lage. Die Lenkkraft der
Leitflügel 10a und 10b wirkt auf
das Geschoss 1, bis es seine Soll-Flugbahn erreicht hat.
Dann werden die Lenkflügel 10a und 10b elektrisch
entriegelt. Die Lenkflügel 10a und 10b klappen
automatisch durch die Kräfte
der Anströmung
ein. Die Lenkflügel 10a und 10b werden
in der eingeklappten Stellung elektrisch verriegelt. Die Abbremsung
mit dem Generator wird aufgehoben und die raumfeste Lage des Heckteils
aufgegeben.
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In
der Phase d sind die Lenkflügel
wieder eingeklappt. Der Generatorbetrieb läuft wieder. Die verschränkten Leitflügel lassen
das Heckteil wieder mit einer geringen Drehzahl in umgekehrter Richtung zum übrigen Geschoss
rotieren.
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Die
Phase c der Lenkung und die Phase d der Stromerzeugung können sich
ständig
abwechseln.
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- 1
- Geschoss
- 5
- Generator
- 8
- drallstabilisiertes
Heckteil
- 81
- hintere
Eingriffsbohrung
- 82
- vordere
Eingriffsbohrung
- 10a
- erster
Leitflügel
- 10b
- zweiter
Leitflügel
- 20a
- erster
Lenkflügel
- 20b
- zweiter
Lenkflügel
- 21
- Drehgelenk
- 22
- Verriegelungsstift
- 23
- Schwerpunkt