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Die
Erfindung betrifft einen Flugkörper mit einem Triebwerk,
umfassend eine Brennkammer mit einem Brennraum und eine Düse
mit einem Düsenraum, welche auf die Brennkammer folgt,
wobei der Übergang zwischen Brennkammer und Düse
in einer Ebene liegt, in welcher sich ein Querschnitt des Brennraums
verjüngt.
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Aus
der
WO 2005/028844
A1 ist ein Raketentriebwerk bekannt, welches Führungsruder
umfasst, welche in die Brennkammer hineinragen.
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Aus
der
DE 10 2006
031 625 A1 ist eine Giersteuervorrichtung für
ein Luftfahrzeug bekannt, das mit einer Überschalldüse
mit rechteckigem oder abgeflachtem Querschnitt ausgestattet ist.
Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Strahlruder in Form eines
Querruders im Innern eines Düsenrohrs, wobei das Ruder
um eine Drehachse beweglich ist.
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Aus
der
WO 2006/028516
A2 und der
US 7,155,898
B2 ist ein Schubvektorkontrollsystem für eine
Rakete mit Plug-Düse bekannt, welches ein Gehäuse
mit einem Düsenhals umfasst, einen ”Plug” umfasst,
welcher relativ zu dem Gehäuse positioniert ist und innerhalb
des Düsenhalses positioniert ist und dabei einen Raum zwischen
dem Plug und dem Düsenhals definiert, und welcher einen
Schubdiverter aufweist, welcher beweglich zu dem Gehäuse
angeordnet ist, um eine asymmetrische Oberflächendruckverteilung
längs des Plugs bereitzustellen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flugkörper
der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem sich auf einfache
Weise eine Schubregelung bezüglich Größe
und/oder Schubvektor durchführen lässt.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Flugkörper erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass in dem Düsenraum außerhalb
des Brennraums mindestens teilweise ein von Verbrennungsprodukten
umströmbarer Zentralkörper angeordnet ist und
dass an dem Zentralkörper mindestens drei Strahlruder angeordnet
sind.
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Die
mindestens drei Strahlruder dienen zur Beeinflussung der Heißgasströmung
der Verbrennungsprodukte. Durch das Vorsehen von mindestens drei
Strahlrudern lässt sich eine Schubvektorregelung bezüglich
Gieren, Rollen und Nicken erreichen.
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Durch
die Positionierung an dem (einzigen) Zentralkörper, welcher
von Verbrennungsprodukten umströmt ist, lässt
sich eine optimierte Schubvektorbeeinflussung erreichen.
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Der
Zentralkörper und damit auch die Strahlruder sind außerhalb
des Brennraums angeordnet. Dadurch lassen sich die Strahlruder insbesondere
in dem Bereich anordnen, in welchem der Impuls maximal ist, um eine
optimierte Beeinflussung zu erhalten.
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Weiterhin
ist es dadurch möglich, eine Druckverhältnis-Adaptivität
bezogen auf das Druckverhältnis von Brennkammerdruck zu
Außendruck zu realisieren. Durch das Ausströmen
von Verbrennungsproduktabgasen bildet sich eine Mediengrenze zwischen
dieser Abgasströmung und einer Außenumströmung
des Flugkörpers. Bei einer Anpassung des erwähnten
Druckverhältnisses lässt sich eine stetige Umströmung
im gesamten Druckverhältnisbereich erreichen. Dadurch kann
beispielsweise bei hohen Druckverhältnissen entsprechend
einer hohen Flughöhe eine Schubregelung bzw. Schubsteuerung über
Abgasstrahllenkung erfolgen und bei kleinen Werten des Druckverhältnisses
(ent sprechend beispielsweise einer kleinen Flughöhe) lässt
sich eine aerodynamische Lenkung erreichen.
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Insbesondere
lässt sich dann die Düse als Plug-Düse
realisieren.
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Dadurch
lässt sich ein optimierter Impulsgewinn erreichen. Beispielsweise
lässt sich ein hoher Startschub erreichen. Insbesondere
ist eine Höhenadaption bezogen auf die Flughöhe
möglich.
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Durch
die Anordnung an dem Zentralkörper ergeben sich weiterhin
umfangreiche Beeinflussungsmöglichkeiten für die
Strahlruder.
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Insbesondere
ist die Düse an dem Zentralkörper eine Druckverhältnis-adaptive
Düse bezüglich des Verhältnisses von
Brennkammerdruck zu Außendruck. Der Außendruck
nimmt beispielsweise mit den Flughöhe ab. Durch die Verwendung
einer Druckverhältnis-adaptiven Düse lässt
sich ein optimierter Schub in unterschiedlichen Flughöhen
erreichen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungen ist die Düse
mit dem Zentralkörper als Plug-Düse ausgebildet.
Plug-Düsen sind beispielsweise in dem Artikel ""Advanced
Rocket Nozzles" von G. Hagemann et al. in Journal of Propulsion
and Power, Vol. 14, No. 5, September-Oktober 1998, Seiten 620–634 beschrieben,
auf den ausdrücklich Bezug genommen wird. Durch die Verwendung
einer Plug-Düse lassen sich insbesondere im unteren Druckverhältnisbereich (des
Druckverhältnisses von Brennkammerdruck zu Außendruck)
hohe spezifische Impulse erhalten. Auch in diesem Bereich erhält
man gute Steuerungseigenschaften.
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Bei
einer Ausführungsform ist mindestens eines der mindestens
drei Strahlruder schwenkbar an dem Zentralkörper gelagert.
Dadurch ergeben sich durch Einstellung einer bestimmten Schwenkstellung weitere
Steuerungsmöglichkeiten.
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Insbesondere
ist eine Antriebseinrichtung für eine Schwenkbewegung an
dem Zentralkörper positioniert. Dadurch ist die Antriebseinrichtung
von der Heißgasumströmung der Verbrennungsprodukte (Abgasströmung)
geschützt. Die Antriebseinrichtung ist vorzugsweise so
ausgebildet, dass eine bestimmte Schwenkstellung festlegbar ist.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens eines der mindestens
drei Strahlruder mit einem aerodynamischen Ruder verbunden ist.
Ein Strahlruder ist wirksam innerhalb der Mediengrenze zwischen
der Heißgasströmung von Verbrennungsprodukten
und der Luftumströmung des Flugkörpers. Ein aerodynamisches
Ruder ragt in den Bereich der Luftumströmung des Flugkörpers.
Es lässt sich dadurch eine aerodynamische Lagekontrolle
durchführen. Eine entsprechende Strahlruder-aerodynamisches
Ruder-Kombination kann sowohl die Heißgasumströmung
als auch die Luftumströmung des Flugkörpers beeinflussen.
Durch eine Druckvariation im Verhältnis von Brennkammerdruck
zu Außendruck wird die Position der Mediengrenze zwischen
der Heißgasströmung der Verbrennungsprodukte und der
Außenumströmung verschoben. Dadurch lässt sich
auch der Einflussbereich der Steuerung durch Strahlruder und aerodynamischem
Ruder verschieben. Dadurch erhält man eine adaptive Richtungssteuerung.
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Insbesondere
ist das aerodynamische Ruder und das damit verbundene Strahlruder
zu einer Einheit verbunden.
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Es
kann dabei grundsätzlich vorgesehen sein, dass das zugeordnete
aerodynamische Ruder relativ zu dem mindestens einen Strahlruder schwenkbar
ist. Dadurch ergeben sich weitere Steuerungsmöglichkeiten.
Es ist auch grundsätzlich denkbar, dass beispielsweise
das aerodynamische Ruder relativ zu dem zugeordneten Strahlruder
verschieblich ist, um auch so weitere Steuerungsmöglichkeiten zu
erhalten.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist eine Getriebeeinrichtung
zur relativen Schwenkbarkeit des mindestens einen Strahlruders und
des damit verbun denen aerodynamischen Ruders vorgesehen. Beispielsweise
ist eine entsprechende Antriebseinrichtung in dem Zentralkörper
angeordnet, welche sowohl auf das Strahlruder als auch auf das aerodynamische
Ruder wirkt, wobei über die Getriebeeinrichtung ein unterschiedlicher
Schwenkwinkel einstellbar ist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist mindestens ein Haltesteg
vorgesehen, über welchen der Zentralkörper an
einer Halterstruktur gehalten ist. Der Haltesteg ist vorzugsweise
so angeordnet, dass er die Heißgasströmung der
Verbrennungsprodukte minimal beeinflusst.
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Es
ist dann günstig, wenn an dem mindestens einen Haltesteg
eine oder mehrere Leitungen angeordnet sind, welche zu dem Zentralkörper
führen. Bei den Leitungen kann es sich um elektrische Leitungen
wie Versorgungsleitungen und Signalleitungen handeln. Es können
alternativ oder zusätzlich auch Medienleitungen vorgesehen
sein. An dem mindestens einen Haltesteg lassen sich Leitungen geschützt
anordnen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist an dem Zentralkörper
eine Sensoreinrichtung angeordnet. Die Sensoreinrichtung ist insbesondere
eine optische Sensoreinrichtung. Sie kann beispielsweise Eigenschaften
des Abgases (einschließlich Strömungseigenschaften)
erfassen und die entsprechenden Sensordaten können zur
Schubkontrolle (bezüglich der Größe des
Schubs und/oder der Lage des Schubvektors) verwendet werden. Die
Sensoreinrichtung kann beispielsweise alternativ oder zusätzlich
auch als Empfänger ausgebildet sein, welcher der Kommunikation
dient. Beispielsweise ist der Empfänger als Infrarotempfänger
oder Laserempfänger ausgebildet, welcher Kommunikationssignale beispielsweise
von einer land- oder seegestützten Bodenstation oder von
einem Luftfahrzeug empfangen kann.
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Günstig
ist es, wenn die Sensoreinrichtung in einem Heckbereich des Zentralkörpers
angeordnet ist. Dadurch ist beispielsweise eine Ermittlung von Eigenschaften
des Abgases auch bei einem optisch dünnen Abgasstrahl möglich.
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Dadurch
kann beispielsweise eine rolllagenunabhängige Abgasschichtdicke
ermittelt werden.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist mindestens eines der mindestens
drei Strahlruder klappbar oder verschieblich an dem Zentralkörper
angeordnet. Dadurch lässt sich der Raumbedarf des Flugkörpers im
Bereich der Strahlruder minimieren, um so beispielsweise eine Anpassung
an den Raumbedarf eines Startbehälters zu ermöglichen.
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Insbesondere
sind die mindestens drei Strahlruder neben oder hinter dem Zentralkörper
angeordnet. Vorzugsweise sind sie in einem Strömungsbereich
angeordnet, in dem der Impuls der Verbrennungsprodukte am größten
ist.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn die Strahlruder mindestens teilweise
aus einem carbidkeramischen Material hergestellt sind. Dadurch lässt sich
eine hohe Heißgasbeständigkeit und Abrassionsbeständigkeit
erreichen. Es wird in diesem Zusammenhang auf die
DE 10 2004 037 487 A1 verwiesen.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Flugkörpers;
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2 ein
Diagramm mit dem Verlauf des spezifischen Impulses Isp in
Abhängigkeit des Verhältnisses eines Brennkammerdrucks
pc zu einem Außendruck pa bei zwei unterschiedlichen Düsentypen;
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3 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines
Zentralkörpers einer linearen Plug-Düse; und
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer Plug-Düse.
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Ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Flugkörpers ist eine Rakete, welche in 1 schematisch
gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist. Die Rakete 10 umfasst
eine Hüllstruktur 12, innerhalb welcher ein Triebwerk 13 angeordnet
ist.
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Das
Triebwerk 13 umfasst eine Brennkammer 14 mit einem
Brennraum 16 sowie eine Zuführungseinrichtung
für Brennstoff und Oxidator in den Brennraum 16 (in 1 nicht
gezeigt). Innerhalb der Hüllstruktur 12 sind eine
Speichereinrichtung für Brennstoff und gegebenenfalls eine
Speichereinrichtung für Oxidator angeordnet (in 1 nicht
gezeigt).
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Das
Triebwerk 13 kann beispielsweise ein Feststofftriebwerk
sein, welchem ein Festbrennstoff zugrunde liegt, ein Flüssigtriebwerk,
welchem ein flüssiger Brennstoff zugrunde liegt, oder ein
Gelantrieb, welchem ein gelförmiger Brennstoff zugrunde liegt.
Es kann sich auch um ein Hybridtriebwerk handeln, welcher eine Kombination
von mindestens zwei der Brennstoffarten fest, flüssig und
gelförmig verwendet. Auch andere Triebwerkarten sind möglich.
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An
die Brennkammer 14 schließt sich eine Düse 18 an.
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Hier
wird die Brennkammer 14 so definiert, dass in einem Bereich 22,
in welchem sich der Brennraum 16 verjüngt, die
Düse 18 beginnt. Der Übergang zwischen
der Brennkammer 14 liegt dadurch an einer Ebene 24,
welche senkrecht zu einer Achse 26 des Flugkörpers 10 ist.
Ein Querschnitt eines Hohlraums innerhalb der Hüllstruktur 12 verjüngt
sich zunächst in einer Richtung 28, welche von
einer Spitze 30 zu einem Heck 32 des Flugkörpers 10 zeigt.
Oberhalb der Ebene 24 zu der Spitze 30 hin liegt
die Brennkammer 14 mit dem Brennraum 16 und unterhalb
dieser Ebene 24 zu dem Heck 32 hin liegt die Düse 18 mit
ihrem Düsenraum 20.
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Der
Brennraum 16 ist vorzugsweise radialsymmetrisch zu der
Achse 26 ausgebildet.
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Weiterhin
ist vorzugsweise der Düsenraum 20 radialsymmetrisch
zu der Achse 26 ausgebildet.
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Ausgehend
von der Ebene 24 verjüngt sich der Querschnitt
des Düsenraums 20 der Düse 18 zunächst
bis zu einem engsten Querschnitt an einer Ebene 34 und
erweitert sich dann in Richtung des Hecks 32.
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An
der Hüllstruktur 12 ist eine insbesondere ringförmige
Verjüngungs-Erweiterungseinrichtung 36 angeordnet,
durch welche der entsprechend ausgebildete Düsenraum 20 definiert
ist.
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Die
Düse 18 umfasst einen (einzigen) Zentralkörper 38,
welcher von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum 16 umströmbar
ist. Der Zentralkörper 38 sitzt außerhalb
des Brennraums 16 in dem Düsenraum 20.
Der Zentralkörper 38 weist einen ersten Bereich 40 auf,
welcher in den Düsenraum 20 ragt, und weist einen
zweiten Bereich 42 auf, welcher außerhalb des
Düsenraums 20 im Außenraum positioniert
ist.
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Der
Zentralkörper 38 ist insbesondere über eine
Mehrzahl von Haltestegen 44 an der Verjüngungs-Erweiterungseinrichtung 36 gehalten
und damit auch bezüglich der Hüllstruktur 12 fixiert.
Die Haltestege 44 sind so ausgebildet, dass an ihnen Verbrennungsgase
vorbeiströmen können.
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In 1 ist
in durchbrochenen Linien eine Mediengrenze 46 angedeutet,
welche den Grenzbereich der ausströmenden Verbrennungsgase
andeutet. Diese Mediengrenze 46 wird durch die Ausgestaltung
der Düse 18 und auch durch die momentan vorliegenden
Druckverhältnisse bestimmt.
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Die
Düse 18 mit dem Zentralkörper 38 ist
bei einem Ausführungsbeispiel als Plug-Düse ausgebildet.
Eine Plug-Düse ist Druckverhältnis-adaptiv bezüglich
des Verhältnisses von einem Brennkammerdruck pc zu
einem Außendruck pa.
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Beim
Aufsteigen eines Flugkörpers in der Atmosphäre
nimmt der Außendruck mit der Höhe ab. Bei Raumtransportsystemen
im zivilen Bereich ist ein primäres Ziel die Anpassung
und Optimierung des spezifischen Schubs des Triebwerks 13 und
damit der Düsenfunktion auf die momentane Flughöhe während
des Aufstiegs. Dies wird auch als Höhenadaption bezeichnet.
Eine druckabhängigkeits-adaptive Düse ist auch
eine höhenadaptive Düse.
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Bei
regelbaren Triebwerken beispielsweise im wehrtechnischen Bereich
liegt das primäre Ziel in der Anpassung und Optimierung
des spezifischen Schubs und damit der Düsenfunktion auf
das Druckverhältnis von Brennkammerdruck zu Außendruck.
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In 2 ist
schematisch mit der Kurve 48 der Verlauf des spezifischen
Impulses über dem Verhältnis Brennkammerdruck
pc zu Außendruck pa für
eine Plug-Düse am Beispiel eines LOX-LH2-Triebwerks der
Vulcain-Klasse bei einem Brennkammerdruck von 100 bar gezeigt. Das
Druckverhältnis pc/pa gleich 1000
entspricht einer Flughöhe von 15 km. Im Vergleich dazu
ist mit der Kurve 50 der Verlauf des spezifischen Impulses
bei einer konventionellen Glockendüse gezeigt. Man erkennt,
dass bei niedrigen Druckverhältnissen, d. h. bei geringem
Außendruck, ein deutlicher Impulsgewinn durch die Verwendung einer
Plug-Düse erreichbar ist. Beispielsweise lässt sich
durch die Verwendung einer Plug-Düse bei den Verhältnissen
gemäß 2 eine Steigerung des Startschubs
von ca. 12% erreichen.
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Plug-Düsen
werden insbesondere durch geometrische Ausgestaltung des Zentralkörpers 38 realisiert.
Bezüglich Plug-Düsen wird auf den Artikel "Advanced
Rocket Nozzles" von G. Hagemann et al. in Journal of Propulsion
and Power, Vol. 14, No. 5, September-Oktober 1998, Seiten 620–634
und dort insbesondere auf die Seiten 626 ff. auf die Zitate
dort verwiesen. Plug-Düsen an sich sind bekannt.
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Der
Zentralkörper 38 ist, wie oben erwähnt, ein
Zentralkörper einer Plug-Düse. Durch die Ausbildung
des Düsenraums 20 wird er mit Verbrennungsgasen
in Überschallströmung umströmt.
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An
dem Zentralkörper 38 sitzen mindestens drei getrennte
Strahlruder 52, welche im Strömungsfeld der Verbrennungsgase
positioniert sind. Durch die Verwendung von mindestens drei Strahlrudern lässt
sich eine Schubvektorkontrolle bezüglich Gieren, Rollen
und Nicken durchführen. Weiterhin lässt sich auch
eine Schubgrößenkontrolle durchführen.
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Bei
einer Plug-Düse, die ein Beispiel einer Druckverhältnis-adaptiven
Düse ist, sind in dem Zentralkörper Steuerelemente
integriert. Es ist eine Schubvektorsteuerung erreichbar, welche
sowohl betragsmäßig als auch richtungsmäßig
Druckverhältnis-adaptiv ist. Dadurch lässt sich
in Bezug auf das Verhältnis von Brennkammerdruck zu Außendruck eine
optimierte Funktion realisieren. Die Position der Mediengrenze 46 passt
sich dem Druckverhältnis an. Es wird die stetige Umströmung
der Strahlruder 52 von der Abgasströmung der Verbrennungsgase
im gesamten Druckverhältnisbereich ermöglicht.
Bei kleinen Druckverhältnissen ist eine Lenkung über den
Abgasstrahl möglich. Bei kleinen Verhältnissen des
Druckverhältnisses ist eine aerodynamische Lenkung möglich.
Wenn sich das Druckverhältnis pc zu
pa vergrößert, dann erweitert
sich die Mediengrenze 46 nach außen hin. Dadurch
vergrößert sich eine Strahlfläche eines
Strahlruders 52 im Abgasstrahl. Die Ruderfläche
in der Außenströmung außerhalb des Abgasstrahls
verringert sich dagegen.
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Vorzugsweise
sind die mindestens drei Strahlruder 52 in einem Bereich
angeordnet, in welchem die Verbrennungsgase den größten
Impuls aufweisen. Dieser Ort hängt ab von der geometrischen Ausbildung
des Zentralkörpers 38.
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Die
Strahlruder 52 sind zwischen dem Zentralkörper 38 und
der Mediengrenze 46 positioniert. Durch sie ist das Strömungsfeld
beeinflussbar, um eine Schubvektorsteuerung bzw. Schubvektorregelung
des Flugkörpers 10 durchführen zu können.
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Die
mindestens drei Strahlruder 52 sind in der Nähe
eines Düsenendes 54 der Düse 18 angeordnet,
wobei sie vorzugsweise außerhalb des Düsenraums 20 angeordnet
sind. Sie beeinflussen die Heißgasströmung der
Verbrennungsgase beim Austritt. Das Düsenende 54 ist
dabei definiert als die letzte Querschnittsfläche, die
durch ein Heck (unten mit 70 bezeichnet) des Zentralkörpers 38 geht.
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Grundsätzlich
sind die mindestens drei Strahlruder heißen Verbrennungsgasen
und auch korrosiven und/oder abrassiven Partikeln ausgesetzt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform sind die mindestens
drei Strahlruder 52 mindestens teilweise aus einem carbidkeramischen
Material hergestellt. Beispielsweise sind sie aus einem C-SiC-Werkstoff
hergestellt, welcher ein faserverstärktes Keramikmaterial
mit Siliciumcarbidphase ist.
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Beispielsweise
sind die mindestens drei Strahlruder
52 so ausgebildet
wie in der
DE
10 2004 037 487 A1 beschrieben, auf die ausdrücklich
Bezug genommen wird.
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Zur
gesteuerten Beeinflussung der Heißgasströmung
der Verbrennungsgase ist mindestens eines der mindestens drei Strahlruder 52 schwenkbar an
dem Zentralkörper 38 angeordnet. Eine Schwenkachse 56 liegt
dabei quer und insbesondere senkrecht zu der Achse 26 des
Flugkörpers 10.
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Zum
Antrieb einer Schwenkbewegung ist eine Antriebseinrichtung 58 vorgesehen,
welche innerhalb des Zentralkörpers 38 geschützt
von der Heißgasströmung positioniert ist.
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Jedem
Strahlruder 52 ist ein eigener Antrieb zugeordnet, um eine
unabhängige Schwenkbarkeit zu ermöglichen.
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Die
entsprechende Antriebseinrichtung 58 ist so ausgebildet,
dass eine bestimmte Schwenkstellung verriegelbar ist.
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Versorgungsleitungen
für die Antriebseinrichtungen 58 sind durch einen
oder mehrere Haltestege 44 hindurchgeführt.
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Es
ist grundsätzlich möglich, dass mindestens eines
der Strahlruder 52 um eine Achse 60 klappbar ist,
welche beispielsweise parallel zur Achse 26 des Flugkörpers 10 ist.
Dadurch lassen sich, wenn der Flugkörper 10 nicht
betrieben ist, die Außenabmessungen verringern. Die Klappstellung
eines Strahlruders 52 ist keine operative Stellung. Wenn
ein Strahlruder in einer Klappstellung ist, dann ist es nicht im
Einsatz.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform ist an dem jeweiligen
Strahlruder 52 ein aerodynamisches Ruder 62 fixiert,
welches durch die Mediengrenze 46 hindurch in den Außenraum
ragt, in welchem eine äußere Luftumströmung
der Hüllstruktur 12 vorliegt. Ein Strahlruder 52 ist
innerhalb der Mediengrenze 46 der Heißgasströmung
von Verbrennungsgasen ausgesetzt. Ein aerodynamisches Ruder 62 dient
zur aerodynamischen Steuerung des Flugkörpers 10.
Ein Strahlruder 52 dient zur Impulssteuerung des Flugkörpers 10 über
Beeinflussung der Heißgasströmung von Verbrennungsgasen.
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Ein
Strahlruder 52 mit zugeordnetem aerodynamischem Ruder 62 ist
zu einer Einheit verbunden.
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Durch
eine Druckvariation wird die Position der Mediengrenze 46 verschoben
und damit lässt sich auch der Einfluss auf die Steuerung
von Strahlruder 52 und aerodynamischem Ruder 62 verschieben.
Es ist dadurch grundsätzlich eine adaptive Richtungssteuerung
möglich.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist ein aerodynamisches Ruder 62 als
Gitterflügelstruktur ausgebildet.
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Es
ist grundsätzlich möglich, dass ein aerodynamisches
Ruder 62 an dem zugeordneten Strahlruder 52 fest
angeordnet ist. Bei einer Schwenkung des Strahlruders 52 um
einen Winkel α schwenkt das aerodynamische Ruder 62 mit
um den gleichen Winkel.
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Es
ist auch möglich, dass, wie in 1 schematisch
gezeigt, zwischen dem Strahlruder 52 und dem zugeordneten
aerodynamischen Ruder 62 eine relative Schwenkbarkeit möglich
ist. Das Strahlruder 52 lässt sich dann beispielsweise
um die Schwenkachse 56 in einem Winkel α1 schwenken und das zugeordnete aerodynamische
Ruder um einen Winkel α2, welcher
verschieden ist von α1.
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Dazu
kann beispielsweise eine Getriebeeinrichtung 64 vorgesehen
sein, über welche beispielsweise das zugeordnete aerodynamische
Ruder an dem entsprechenden Strahlruder gehalten ist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist an dem Zentralkörper 38 eine
Sensoreinrichtung 66 angeordnet, welche insbesondere eine
optische Sensoreinrichtung ist. Sie ist über ein Fenster 68 geschützt,
wobei das Fenster 68 das Durchdringen von optischen Signalen
zu der Sensoreinrichtung 66 ermöglicht.
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Die
Sensoreinrichtung 66 ist insbesondere in einem Heckbereich 70 des
Zentralkörpers 38 angeordnet, welcher den größten
Abstand zu der Brennkammer 14 hat. Beispielsweise sitzt
das Fenster 68 koaxial zu der Achse 26 bzw. die
Achse 26 durchstößt das Fenster 68.
Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung 66 mittig an dem
Zentralkörper 38 angeordnet und insbesondere durchstößt
die Achse 26 die Sensoreinrichtung 66.
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Die
Sensoreinrichtung 66 umfasst beispielsweise einen oder
mehrere Infrarotsensoren und/oder andere optische Sensoren. Es kann
dabei auch eine Laserbeaufschlagung möglich sein.
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Über
die Sensoreinrichtung 66 ist eine Kommunikation mit externen
Anlagen möglich. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung 66 Kommunikationssignale
beispielsweise in der Form von Infrarotstrahlen oder Laserstrahlen
empfangen, welche von einer Bodenstation oder einem anderen Flugkörper bereitgestellt
werden.
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Im
Heckbereich 70 wird der Zentralkörper 38 von
Verbrennungsgasen umströmt. Durch eine entsprechende Sensoreinrichtung
ist eine Analyse dieser Abgase möglich. Insbesondere ist
eine Strömungsanalyse möglich. Bei der Positionierung
einer solchen Sensoreinrichtung in dem Heckbereich 70 ist beispielsweise
die Messung einer rolllagenunabhängigen Abgasschichtdicke
möglich. Weiterhin ist eine unabhängige Positionierbarkeit
bezogen auf Positionen eines Abgasstrahls und einer Leitstation
erreicht.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung ist die Verwendung
eines Gasleitrohrs nicht notwendig. Ein solches Gasleitrohr ist üblicherweise
thermisch und abrassiv hoch belastet. Da bei der erfindungsgemäßen
Lösung ein Gasleitrohr nicht verwendet werden muss, lässt
sich das entsprechende Triebwerk 13 kürzer ausbilden.
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In 3 ist
schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Zentralkörpers 72 einer
linearen Plug-Düse gezeigt. Eine solche lineare Plug-Düse wird
auch als ”linear aerospike” bezeichnet. Dieser Zentralkörper 72 umfasst
einen hinteren Bereich 74, an welchem Strahlruder 76a, 76b angeordnet
sind. Diese können grundsätzlich um eine Schwenkachse 78 schwenkbar
sein.
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Die
Strahlruder 76a, 76b sind reine Strahlruder, d.
h. an ihnen sind keine aerodynamischen Ruder angeordnet.
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An
dem Zentralkörper 72 sind Seitenplatten 80a, 80b angeordnet.
An diesen sitzen Einheiten 82a, 82b aus Strahlruder
und aerodynamischen Rudern. Diese Einheiten 82a, 82b sind
quer zu den Strahlrudern 76a, 76b orientiert.
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Grundsätzlich
ist eine Schwenkbarkeit um Achsen 84a, 84b möglich,
wobei die Schwenkachsen quer und insbesondere senkrecht zu der Schwenkachse 78 liegen.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Zentralkörpers 86 einer
Plug-Düse ist ein Halteelement 88 vorgesehen,
an welchem beispielsweise vier Strahlruder 90a, 90b, 90c, 90d sitzen.
Das Halteelement 88 weist dabei beispielsweise vier konkave
Expansionsflächen 92 auf, welche der Strömungsbeeinflussung
dienen.
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Die
Strahlruder 90a, 90b, 90c, 90d lassen sich
mit großem Abstand zu einem vorderen Ende 94 des
Zentralkörpers 86 positionieren. Dadurch lässt sich
der abrassive Effekt der Heißgasströmung im Bereich
von Vorderkanten der Strahlruder 90a, 90b, 90c, 90d reduzieren.
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Grundsätzlich
können die Strahlruder 90a, 90b, 90c, 90d klappbar
sein, um beispielsweise den Raumbedarf in einem Startbehälter
zu reduzieren.
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Es
ist grundsätzlich auch möglich, dass das Halteelement 88 verschieblich
ist, um diesen Platzbedarf zu reduzieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2005/028844
A1 [0002]
- - DE 102006031625 A1 [0003]
- - DE 102004037487 A1 [0004, 0030, 0061]
- - WO 2006/028516 A2 [0005]
- - US 7155898 B2 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - ””Advanced
Rocket Nozzles” von G. Hagemann et al. in Journal of Propulsion
and Power, Vol. 14, No. 5, September-Oktober 1998, Seiten 620–634 [0016]
- - ”Advanced Rocket Nozzles” von G. Hagemann et
al. in Journal of Propulsion and Power, Vol. 14, No. 5, September-Oktober
1998, Seiten 620–634 und dort insbesondere auf die Seiten
626 ff. [0052]