DE102008022289B4

DE102008022289B4 - Flugkörper

Info

Publication number: DE102008022289B4
Application number: DE102008022289A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Ciezki; Ralf Stark
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2028-04-26
Also published as: WO2009130226A1; DE102008022289A1; US8561385B2; US20110083418A1; EP2265891A1

Abstract

Flugkörper mit einem Triebwerk (13), umfassend eine Brennkammer (14) mit einem Brennraum (16) und eine Düse (18) mit einem Düsenraum (20), welche auf die Brennkammer (14) folgt, wobei der Übergang zwischen Brennkammer (14) und Düse (18) in einer Ebene (24) liegt, in welcher sich ein Querschnitt des Brennraums (16) verjüngt, und wobei in dem Düsenraum (20) außerhalb des Brennraums (16) mindestens teilweise ein von Verbrennungsprodukten umströmbarer Zentralkörper (38) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Zentralkörper (38) mindestens drei Strahlruder (52) angeordnet sind.

Description

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, und wobei in dem Düsenraum außerhalb des Brennraums mindestens teilweise ein von Verbrennungsprodukten umströmbarer Zentralkörper angeordnet ist.
Aus der WO 2005/028844 A1 ist ein Raketentriebwerk bekannt, welches Führungsruder umfasst, welche in die Brennkammer hineinragen.
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.
Aus der DE 10 2004 037 487 A1 sind Strahlruder zum Einsatz in Heißgasströmungen bekannt.
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.
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.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Flugkörper erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Zentralkörper mindestens drei Strahlruder angeordnet sind.
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.
Durch die Positionierung an dem (einzigen) Zentralkörper, welcher von Verbrennungsprodukten umströmt ist, lässt sich eine optimierte Schubvektorbeeinflussung erreichen.
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.
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.
Insbesondere lässt sich dann die Düse als Plug-Düse realisieren.
Dadurch lässt sich ein optimierter Impulsgewinn erreichen. Beispielsweise lässt sich ein hoher Startschub erreichen. Insbesondere ist eine Höhenadaption bezogen auf die Flughöhe möglich.
Durch die Anordnung an dem Zentralkörper ergeben sich weiterhin umfangreiche Beeinflussungsmöglichkeiten für die Strahlruder.
Insbesondere ist die Düse an dem Zentralkörper eine Druckverhältnis-adaptive Düse bezüglich des Verhältnisses von Brennkammerdruck zu Außendruck. Der Außendruck nimmt beispielsweise mit der Flughöhe ab. Durch die Verwendung einer Druckverhältnis-adaptiven Düse lässt sich ein optimierter Schub in unterschiedlichen Flughöhen erreichen.
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.
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.
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.
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.
Insbesondere ist das aerodynamische Ruder und das damit verbundene Strahlruder zu einer Einheit verbunden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Dadurch kann beispielsweise eine rolllagenunabhängige Abgasschichtdicke ermittelt werden.
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.
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.
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.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flugkörpers;
2 ein Diagramm mit dem Verlauf des spezifischen Impulses I_sp in Abhängigkeit des Verhältnisses eines Brennkammerdrucks p_c zu einem Außendruck p_a bei zwei unterschiedlichen Düsentypen;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zentralkörpers einer linearen Plug-Düse; und
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Plug-Düse.
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.
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).
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.
An die Brennkammer 14 schließt sich eine Düse 18 an.
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.
Der Brennraum 16 ist vorzugsweise radialsymmetrisch zu der Achse 26 ausgebildet.
Weiterhin ist vorzugsweise der Düsenraum 20 radialsymmetrisch zu der Achse 26 ausgebildet.
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.
An der Hüllstruktur 12 ist eine insbesondere ringförmige Verjüngungs-Erweiterungseinrichtung 36 angeordnet, durch welche der entsprechend ausgebildete Düsenraum 20 definiert ist.
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.
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.
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.
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 p_c zu einem Außendruck p_a.
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.
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.
In 2 ist schematisch mit der Kurve 48 der Verlauf des spezifischen Impulses über dem Verhältnis Brennkammerdruck p_c zu Außendruck p_a für eine Plug-Düse am Beispiel eines LOX-LH2-Triebwerks der Vulcain-Klasse bei einem Brennkammerdruck von 100 bar gezeigt. Das Druckverhältnis p_c/p_a 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.
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.
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.
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.
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 p_c zu p_a 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.
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.
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.
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.
Grundsätzlich sind die mindestens drei Strahlruder heißen Verbrennungsgasen und auch korrosiven und/oder abrassiven Partikeln ausgesetzt.
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.
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.
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.
Zum Antrieb einer Schwenkbewegung ist eine Antriebseinrichtung 58 vorgesehen, welche innerhalb des Zentralkörpers 38 geschützt von der Heißgasströmung positioniert ist.
Jedem Strahlruder 52 ist ein eigener Antrieb zugeordnet, um eine unabhängige Schwenkbarkeit zu ermöglichen.
Die entsprechende Antriebseinrichtung 58 ist so ausgebildet, dass eine bestimmte Schwenkstellung verriegelbar ist.
Versorgungsleitungen für die Antriebseinrichtungen 58 sind durch einen oder mehrere Haltestege 44 hindurchgeführt.
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.
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.
Ein Strahlruder 52 mit zugeordnetem aerodynamischem Ruder 62 ist zu einer Einheit verbunden.
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.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein aerodynamisches Ruder 62 als Gitterflügelstruktur ausgebildet.
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.
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.
Dazu kann beispielsweise eine Getriebeeinrichtung 64 vorgesehen sein, über welche beispielsweise das zugeordnete aerodynamische Ruder an dem entsprechenden Strahlruder gehalten ist.
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.
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.
Die Sensoreinrichtung 66 umfasst beispielsweise einen oder mehrere Infrarotsensoren und/oder andere optische Sensoren. Es kann dabei auch eine Laserbeaufschlagung möglich sein.
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.
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.
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.
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.
Die Strahlruder 76a, 76b sind reine Strahlruder, d. h. an ihnen sind keine aerodynamischen Ruder angeordnet.
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.
Grundsätzlich ist eine Schwenkbarkeit um Achsen 84a, 84b möglich, wobei die Schwenkachsen quer und insbesondere senkrecht zu der Schwenkachse 78 liegen.
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.
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.
Grundsätzlich können die Strahlruder 90a, 90b, 90c, 90d klappbar sein, um beispielsweise den Raumbedarf in einem Startbehälter zu reduzieren.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass das Halteelement 88 verschieblich ist, um diesen Platzbedarf zu reduzieren.

Claims

Flugkörper mit einem Triebwerk (13), umfassend eine Brennkammer (14) mit einem Brennraum (16) und eine Düse (18) mit einem Düsenraum (20), welche auf die Brennkammer (14) folgt, wobei der Übergang zwischen Brennkammer (14) und Düse (18) in einer Ebene (24) liegt, in welcher sich ein Querschnitt des Brennraums (16) verjüngt, und wobei in dem Düsenraum (20) außerhalb des Brennraums (16) mindestens teilweise ein von Verbrennungsprodukten umströmbarer Zentralkörper (38) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Zentralkörper (38) mindestens drei Strahlruder (52) angeordnet sind.
Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (18) mit dem Zentralkörper (38) eine Druckverhältnis-adaptive Düse bezüglich des Verhältnisses von Brennkammerdruck (p_c) zu Außendruck (p_a) ist.
Flugkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (18) mit dem Zentralkörper (38) als Plug-Düse ausgebildet ist.
Flugkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der mindestens drei Strahlruder (52) schwenkbar an dem Zentralkörper (38) gelagert ist.
Flugkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinrichtung (58) für eine Schwenkbewegung in dem Zentralkörper (38) positioniert ist.
Flugkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der mindestens drei Strahlruder (52) mit einem aerodynamischen Ruder (62) verbunden ist.
Flugkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aerodynamische Ruder (62) und das damit verbundene Strahlruder (52) eine Einheit bilden.
Flugkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeordnete aerodynamische Ruder (62) relativ zu dem mindestens einen Strahlruder (52) schwenkbar ist.
Flugkörper nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Getriebeeinrichtung (64) zur relativen Schwenkbarkeit des mindestens einen Strahlruders (52) und des damit verbundenen aerodynamischen Ruders (62).
Flugkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Haltesteg (44), über welchen der Zentralkörper (38) an einer Hüllstruktur (12) gehalten ist.
Flugkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mindestens einen Haltesteg (44) eine oder mehrere Leitungen angeordnet sind, welche zu dem Zentralkörper (38) führen.
Flugkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Zentralkörper (38) eine Sensoreinrichtung angeordnet ist.
Flugkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (66) in einem Heckbereich (70) des Zentralkörpers (38) angeordnet ist.
Flugkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der mindestens drei Strahlruder (52) klappbar oder verschieblich an dem Zentralkörper (38) angeordnet ist.
Flugkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Strahlruder (52) neben oder hinter dem Zentralkörper (38) angeordnet sind.
Flugkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlruder mindestens teilweise aus einem carbidkeramischen Material hergestellt sind.