DE102008007435B4

DE102008007435B4 - Drallstabilisiertes, lenkbares Geschoss und Verfahren zu seiner Lenkung

Info

Publication number: DE102008007435B4
Application number: DE200810007435
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr. Leopold; Denis Bidino
Original assignee: Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Current assignee: Institut Franco Allemand de Recherches de Saint Louis ISL
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-02-02
Also published as: DE102008007435A1; FR2927991B1; FR2927991A1

Abstract

Drallstabilisiertes Geschoss (1), mit folgenden Merkmalen:
• das drallstabilisierte Geschoss (1) weist ein Heckteil (8) auf, das am übrigen Geschoss drehgelagert ist,
• das drallentkoppelte Heckteil (8) weist selbsttätig ausklappbare, gleichsinnig verschränkte Leitflügel (10a, 10b) zum Drallabbau auf,
• zwischen dem drallentkoppelten Heckteil (8) und dem übrigem Geschoss 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.

Description

Die Erfindung betrifft ein drallstabilisiertes, lenkbares Geschoss und ein Verfahren zu seiner Lenkung.
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.
Im Hinblick auf das funktionelle Zusammenspiel und die Ausbildung

– des Lenkmittels,
– des drehgelagerten, drallentkoppelten Geschossteils und der
– Energiequelle

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.
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.
Bei den nachfolgend genannten Schriften steht die Ausbildung des Hecks und der aufklappbaren Leitflügel im Vordergrund. Weniger der Lenkmechanismus.
So zeigt die DE 10 2005 035 829 B4 ein drallentkoppeltes, heckseitiges Leitwerk für ein Geschoss. Das heckseitige Leitwerk weist aufklappbare Leitflügel auf.
Die US 6 588 700 B2 betrifft die mechanische Ausbildung eines drallentkoppelten Heckteils eines lenkbaren Geschosses. Das drallentkoppelte Heckteil weist aufklappbare Leitflügel auf.
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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein drallstabilisiertes Geschoss mit einem einfachen Lenkungsmechanismus zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein drallstabilisiertes Geschoss mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bildet jeder Lenkflügel einen Kreisabschnitt. Ein Lenkflügel dieser Form lässt sich gut in dem Heckteil unterbringen.
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.
Die Merkmale des nebengeordneten Anspruches 9 beschreiben ein Lenkverfahren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen in Form von Prinzipskizzen
1 ein drallstabilisiertes Geschoss mit einem drallentkoppelten Heckteil, in der Vorderansicht;
1a die Rückansicht des in 1 dargestellten, drallentkoppelten Heckteils im Lenkbetrieb mit ausgefahrenen Lenkflügeln;
2a bis 2d die einzelnen Schritte des Aufklappens eines Lenkflügels;
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;
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.
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.
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.
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.
Die 2a bis 2d illustrieren Schritt für Schritt den Vorgang des Ausklappens am Beispiel des Lenkflügels 20a.
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.
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.
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.
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.
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..
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°.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Phase c der Lenkung und die Phase d der Stromerzeugung können sich ständig abwechseln.

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

Claims

Drallstabilisiertes Geschoss (1), mit folgenden Merkmalen: • das drallstabilisierte Geschoss (1) weist ein Heckteil (8) auf, das am übrigen Geschoss drehgelagert ist, • das drallentkoppelte Heckteil (8) weist selbsttätig ausklappbare, gleichsinnig verschränkte Leitflügel (10a, 10b) zum Drallabbau auf, • zwischen dem drallentkoppelten Heckteil (8) und dem übrigem Geschoss 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.
Drallstabilisiertes Geschoss (1) nach Anspruch 1, bei dem die aerodynamischen Lenkmittel mindestens ein Paar von Lenkflügeln (20a, 20b) aufweisen, wobei die Lenkflügel (20a, 20b) sich gegenüberstehen und gegensinnig zueinander verschränkt sind.
Drallstabilisiertes Geschoss (1) nach Anspruch 2, bei dem jeder Lenkflügel (20a, 20b) über ein Drehgelenk (21) am drallentkoppelten Heckteil (8) angeordnet und ein- und ausklappbar ausgebildet ist.
Drallstabilisiertes Geschoss nach Anspruch 3, bei dem jeder Lenkflügel (20a, 20b) eine elektrische Verriegelung aufweist, mit der die Einklapp- und Ausklappstellung ver- und entriegelbar ist.
Drallstabilisiertes Geschoss (1) nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Lenkflügel (20a, 20b) so ausgebildet sind, dass die Lenkflügel (20a, 20b) über Fliehkräfte von der eingeklappten Stellung in die ausgeklappte Stellung verstellbar sind.
Drallstabilisiertes Geschoss (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Lenkflügel (20a, 20b) so ausgebildet sind, dass die Lenkflügel (20a, 20b) über die Kräfte der Anströmung von der ausgeklappten Stellung in die eingeklappte Stellung verstellbar sind.
Drallstabilisiertes Geschoss (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem jeder Lenkflügel (20a, 20b) einen Kreisabschnitt bildet.
Drallstabilisiertes Geschoss (1) nach Anspruch 7, bei dem das Drehgelenk (21) in der Mitte des Kreises angeordnet ist, aus dem der Kreisabschnitt gebildet ist, und der Verschwenkbereich des Lenkflügels (20a, 20b) 180° beträgt.
Verfahren zum Lenkung eines drallstabilisierten Geschosses (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit folgenden Schritten, nachdem das Geschoss (1) den Lauf verlassen hat, die Leitflügel (10a, 10b) aufgeklappt sind, die Leitflügel die Drehgeschwindigkeit des Heckteils (8) stark reduziert haben, und die Leitflügel das Heckteil mit einer geringen Drehgeschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung zum übrigen, schnell rotierenden Geschoss antreiben: • elektrische Entriegelung der Lenkflügel (20a und 20b), • automatisches Aufklappen der Lenkflügel (20a und 20b) durch Fliehkräfte, • elektrische Verriegelung der Lenkflügel (20a und 20b) in der aufgeklappten Stellung, • Abbremsen des Heckteils (8) in eine raumfeste Lage mit dem Generator (5), • Verbleiben in dieser raumfesten Lage und dadurch Beaufschlagung der Lenkkraft der Leitflügel (10a und 10b) auf das Geschoss (1), bis es seine Soll-Flugbahn erreicht hat, • elektrische Entriegelung der Lenkflügel (10a und 10b), • automatisches Einklappen der Lenkflügel (10a und 10b) durch die Kräfte der Anströmung, • elektrische Verriegelung der Lenkflügel (10a und 10b) in der eingeklappten Stellung, • Aufhebung der Abbremsung.