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Abstract

Flugkörper, insbesondere ein Raumfahrzeug zur Landung auf atmosphärebehafteten planetaren Körpern, mit einem entfaltbaren Autorotations-Rotorsystem, dessen Rotorblätter über ein Gasdrucksystem beaufschlagbar und aufblasbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Enden der Rotorblätter (2) über eine ebenfalls aufblasbare Ringstruktur (5) miteinander verbunden sind, wobei die Rotorblätter (2) sowohl untereinander als auch mit der Ringstruktur (5) fluidleitend verbunden sind.A missile, in particular a spacecraft for landing on atmosphere-bearing planetary bodies, with a deployable autorotation rotor system, the rotor blades are acted upon and inflatable via a gas pressure system, characterized in that the outer ends of the rotor blades (2) via a likewise inflatable ring structure (5) with each other are connected, wherein the rotor blades (2) are fluid-conductively connected both with each other and with the ring structure (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Flugkörper, insbesondere ein Raumfahrzeug zur Landung auf atmosphärebehafteten planetaren Körpern, mit einem entfaltbaren Autorotations-Rotorsystem, dessen Rotorblätter über ein Gasdrucksystem beaufschlagbar und aufblasbar sind.The invention relates to a missile, in particular a spacecraft for landing on atmosphere-bearing planetary bodies, with a deployable autorotation rotor system, the rotor blades are acted upon and inflatable via a gas pressure system.

Flugkörper, insbesondere Raumfahrzeuge, die zur Landung auf atmosphärebehafteten planetaren Körpern vorgesehen sind, sind in der Regel mit Fallschirmen und/oder Bremsraketen ausgestattet, die während der Abstiegsphase durch die jeweilige Atmosphäre die Geschwindigkeit weitgehend reduzieren und den Flugkörper schließlich mit einer vertikalen Geschwindigkeit nahe Null landen lassen.Missiles, particularly spacecraft, intended to land on atmospheric planetary bodies are typically equipped with parachutes and / or rockets which, during the descent phase through the respective atmosphere, substantially reduce the speed and ultimately land the missile at a vertical speed close to zero to let.

Daneben sind bereits Landesysteme sowohl für die Bergung von verschiedensten Nutzlasten aus großen Höhen und aus dem Erd-Orbit als auch für die Landung auf außerirdischen planetaren Körpern vorgeschlagen worden, bei denen Rotoren zum Einsatz kommen. Diese bekannten Rotorsysteme basieren auf aerodynamischen und mechanischen Prinzipien, denen letztlich das Konzept von Helikoptern bzw. der für terrestrische Zwecken genutzten sogenannten Autogyros zugrunde liegt. Ein System der letztgenannten Art ist beispielsweise aus der US 29 59 376 A bekannt geworden.In addition, land systems have already been proposed both for the recovery of various payloads from high altitudes and from Earth orbit as well as for landing on extraterrestrial planetary bodies using rotors. These known rotor systems are based on aerodynamic and mechanical principles, which ultimately underlie the concept of helicopters and the so-called autogyros used for terrestrial purposes. A system of the latter type is for example from the US 29 59 376 A known.

Ein Problem bei diesen bekannten Rotorsystemen besteht darin, dass die Rotorblätter innerhalb des vorhandenen Volumens, das durch die eingeschränkten Dimensionen des jeweiligen Eintrittskörpers oder Landegerätes vorgegeben ist, untergebracht werden müssen. Dieses bedingt, dass die Rotorblätter häufig so konstruiert werden, dass sie gefaltet oder teleskopartig zu kürzeren Längen gestaucht werden können, oder dass sie zu einer Rolle aufgewickelt werden. Das Ausfahren der Rotorblätter auf ihre Betriebslänge wird dann durch mechanische Stellglieder, durch Beaufschlagung mittels Gasdruck und/oder durch die auftretenden Zentrifugalkräfte, nachdem die Rotorblätter einmal beginnen, um ihre zentrale Achse zu rotieren, realisiert. Ein weiteres Problem besteht darin, dass auf Planeten mit einer dünneren Atmosphäre, als sie die Erde aufweist, wie z. B. dem Mars, ein sehr viel größeres Rotorsystem erforderlich ist als es vergleichbare erdgebundene Systeme aufweisen.A problem with these known rotor systems is that the rotor blades must be accommodated within the existing volume, which is determined by the limited dimensions of the respective entry body or lander. This implies that the rotor blades are often designed to be folded or telescopically compressed to shorter lengths or to be wound into a roll. The extension of the rotor blades to their operating length is then realized by mechanical actuators, by the application of gas pressure and / or by the centrifugal forces which occur after the rotor blades once start to rotate about their central axis. Another problem is that on planets with a thinner atmosphere, as it has the earth, such. As Mars, a much larger rotor system is required than comparable ground-based systems have.

Aus der US 2 969 211 A ist ein Flugkörper der eingangs genannten Art bekannt geworden, der über ein entfaltbares Autorotations-Rotorsystem verfügt und bei dem die Rotorblätter des Rotorsystems über ein Gasdrucksystem beaufschlagbar und aufblasbar sind. Die Erfahrungen in der Vergangenheit, die insbesondere auch in dem Bericht ”Preliminary Investigation of Ballute-Flexible Rotor Concept for Low-Altitude Cargo Airdrop” vom August 1966 zusammengefaßt sind, haben jedoch gezeigt, dass bei derartigen Systemen die Möglichkeit besteht, dass sich während ihrer Entfaltung die aufblasbaren Rotoren so ineinander verdrehen, dass keine kontrollierte Landung mehr möglich ist.From the US 2 969 211 A a missile of the type mentioned is known, which has a deployable autorotation rotor system and in which the rotor blades of the rotor system can be acted upon and inflated via a gas pressure system. However, past experience, which is also summarized in the August 1966 "Preliminary Investigation of Ballute-Flexible Rotor Concept for Low-Altitude Cargo Airdrop" report, has shown that such systems have the potential to deteriorate during their lifetime Unfolding the inflatable rotors twisting each other so that no controlled landing is possible.

Aus der DE 660 793 A ist ein für terrestrische Systeme vorgesehenes aufblasbares Rotorsystem bekannt geworden, das im nicht aufgeblasenen Zustand verstaut wird und das dann bei der Inbetriebnahme mit einem Druckgas entfaltet werden kann. Bei diesem bekannten System ist vorgesehen, dass an den Enden der Rotorblätter Gewichtsmassen befestigt werden, um die Entfaltung der Rotorblätter zu unterstützten und um so durch die auftretenden Zentrifugalkräfte für die gewünschte Länge und Form der Rotorblätter zu sorgen. Daneben ist aus der US 61 64 594 A ein sich drehendes Fallschirmsystem bekannt geworden, bei dem während des Sinkfluges Luft für das Aufblasen der Flügel aus der umgebenden Atmosphäre abgeleitet wird und bei dem eine nicht-aufblasbare Verbindungsleine vorgesehen ist, die an den Enden der Rotorblätter befestigt ist, um sicher zu stellen, dass die Flügel gleichzeitig ausfahren und sich entfalten.From the DE 660 793 A is an intended for terrestrial systems inflatable rotor system has become known, which is stowed in the uninflated state and can then be deployed at startup with a pressurized gas. In this known system it is provided that weight masses are attached to the ends of the rotor blades in order to assist the deployment of the rotor blades and thus to provide for the desired length and shape of the rotor blades by the centrifugal forces occurring. Besides that is from the US 61 64 594 A a rotating parachute system is known in which during descent air for the inflation of the wings from the surrounding atmosphere is derived and in which a non-inflatable connection line is provided, which is attached to the ends of the rotor blades, to ensure that extend the wings simultaneously and unfold.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Flugkörper der eingangs genannten Art so auszubilden, dass auf einfache Weise ein Verdrehen der Rotorblätter während ihrer Befüllung verhindert wird und damit eine sichere Landung auf atmosphärebehafteten planetaren Körpern möglich ist.The object of the invention is therefore to design a missile of the aforementioned type so that in a simple manner, a rotation of the rotor blades during their filling is prevented and thus a safe landing on atmosphere-bearing planetary bodies is possible.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Flugkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, insbesondere dadurch, dass bei einem derartigen Flugkörper die äußeren Enden der Rotorblätter über eine ebenfalls aufblasbare Ringstruktur miteinander verbunden sind, wobei die Rotorblätter sowohl untereinander als auch mit der Ringstruktur fluidleitend verbunden sind.The invention solves this problem by a missile having the features of patent claim 1, in particular by the fact that in such a missile, the outer ends of the rotor blades are connected to each other via a likewise inflatable ring structure, wherein the rotor blades are fluidly connected both with each other and with the ring structure ,

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht nicht nur darin, dass sie wie alle derartigen aufblasbaren Rotorsysteme eine sehr viel geringere Masse aufweist und in einem sehr viel kleineren Volumen verstaut werden kann als vergleichbare mechanisch ausklappbare Systeme, wodurch die Transportkosten signifikant reduziert werden und zugleich die absetzbare Nutzlastmasse erhöht wird. Darüber hinaus aber weist der Flugkörper nach der Erfindung den Vorteil, dass durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Stabilisierungsring sichergestellt wird, dass sich die Rotorblätter symmetrisch entfalten und quasi durch den Ring in Position gezogen werden und dass zugleich durch die Masse des rotierenden Rings aufgrund der zentrifugalen Kräfte eine Stabilisierung des Rotors erreicht wird.A significant advantage of the invention is not only that, like all such inflatable rotor systems has a much lower mass and can be stowed in a much smaller volume than comparable mechanically deployable systems, whereby the transport costs are significantly reduced and at the same time deductible payload mass is increased. In addition, however, the missile according to the invention has the advantage that it is ensured by the inventively provided stabilizing ring, that the rotor blades unfold symmetrically and quasi pulled through the ring in position and that at the same time by the mass of the rotating ring due to the centrifugal forces Stabilization of the rotor is achieved.

Zudem erlaubt die in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehene Nutzung von neuartigen Faser-Polymer-Materialien, wie dem Werkstoff Vectran, für die Fertigung des Rotorsystems bei dem erfindungsgemäßen Flugkörper ein Tolerieren höherer mechanischer und/oder thermischer Belastungen.In addition, the use of novel fiber-polymer materials, such as the material Vectran, provided for in a further embodiment of the invention permits tolerance of higher mechanical and / or thermal loads for the production of the rotor system in the missile according to the invention.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:

1 einen Flugkörper mit einem aufblasbaren Rotorsystem, das vor der Landung in einem Stauraumn des Flugkörpers verstaut ist; 1 a missile having an inflatable rotor system stowed in a stowage space of the missile prior to landing;

2 den Flugkörper mit dem Rotorsystem gemäß 1, nachdem dieses komplett entfaltet wurde, in seitlicher Ansicht; 2 the missile with the rotor system according to 1 after unfolding this completely, in side view;

3 das aufblasbare Rotorsystem gemäß 1 in komplett entfaltetem zustand in Draufsicht und 3 the inflatable rotor system according to 1 in completely unfolded condition in top view and

4 die Landetrajektorie des Flugkörpers gemäß 1 beim Abstieg auf eine planetare Oberfläche. 4 the landing trajectory of the missile according to 1 on the descent to a planetary surface.

Der in den Figuren dargestellte Flugkörper 1 in Form eines Raumfahrzeuges bzw. einer Nutzlast, besitzt ein Rotorsystem, das, wie insbesondere aus der Darstellung gemäß 3 hervorgeht, aus mehreren Rotorblättern 2 besteht, die strahlenförmig von einer Mittelachse 3 ausgehen. Letztere kann seitwärts gekippt werden, wodurch eine Steuerung des Systems ermöglicht wird.The missile shown in the figures 1 in the form of a spacecraft or a payload, has a rotor system, which, as in particular from the illustration according to 3 shows, from several rotor blades 2 which radiates from a central axis 3 out. The latter can be tilted sideways, allowing control of the system.

Die Rotorblätter 2 werden von einem zentral positionierten Druckgassystem 4 aufgeblasen, was dafür sorgt, dass alle Rotorblätter 2 symmetrisch entfaltet werden. Die äußeren Enden der Rotorblätter 2 sind mit einer hohlen Ringstruktur, die einen Verstärkungsring 5 bildet, verbunden. Letztere wird mit dem gleichen Gas beaufschlagt, das die Rotorblätter 2 aufbläst.The rotor blades 2 be from a centrally positioned compressed gas system 4 inflated, which ensures that all rotor blades 2 be unfolded symmetrically. The outer ends of the rotor blades 2 are with a hollow ring structure, which is a reinforcing ring 5 forms, connected. The latter is charged with the same gas as the rotor blades 2 inflates.

Innerhalb der Struktur der Rotorblätter 2 sind, wie in 1 angedeutet, longitudinale Kammern 6 vorgesehen, die parallel zur radialen Achse der Rotorblätter 2 angeordnet und die untereinander und mit dem Verstärkungsring 5 fluidleitend verbunden sind. Dadurch wird der Gasdruck in den Rotorblättern 2 gleichmäßig verteilt, und die Masse der Ringstruktur 5 unterstützt aufgrund der entstehenden Zentrifugalkräfte die Festigkeit der Rotorblätter 2. Außerdem sichert die Ringstruktur 5 die Position der Rotorblätter 2 zueinander ebenso wie die Neigungswinkel der Rotorblätter 2 beim Ausfahren während der Abstiegsphase des Flugkörpers 1. Die Verpackung des nicht entfalteten und verstauten Rotorsystems erfolgt dabei derart, dass ein symmetrisches Entfalten der Rotorblätter 2 gesichert wird.Within the structure of the rotor blades 2 are, as in 1 indicated, longitudinal chambers 6 provided parallel to the radial axis of the rotor blades 2 arranged and the one below the other and with the reinforcing ring 5 fluidly connected. This will cause the gas pressure in the rotor blades 2 evenly distributed, and the mass of the ring structure 5 supports the strength of the rotor blades due to the resulting centrifugal forces 2 , In addition, the ring structure ensures 5 the position of the rotor blades 2 to each other as well as the inclination angle of the rotor blades 2 during extension during the descent phase of the missile 1 , The packaging of the unfolded and stowed rotor system takes place in such a way that a symmetrical unfolding of the rotor blades 2 is secured.

Ein Flugkörper 1 in Form eines Raumfahrzeuges oder ein anderes Fluggerät, das aus einer großen Höhe oder aus dem Erd-Orbit zurückkehrt oder das auf einem anderen atmosphärebehafteten planetaren Körper landet, wird im Orbit üblicherweise von einer Trägerrakete ausgesetzt oder die Landung wird aus einem zirkularen Orbit oder einem Vorbeiflug eingeleitet. Der Flugkörper 1 tritt dann in die planetare Atmosphäre ein und vollzieht den Abstieg bis zu einer Höhe, in der das Ausfahren des Rotorsystems eingeleitet wird. Das Rotorsystem wird dann aufgeblasen, während der Flugkörper 1 den Abstieg fortsetzt. Die Stabilisierung des Flugkörpers 1 während der Abstiegs- und Landephase zur planetaren Oberfläche erfolgt durch die Rotation um die Längsachse 3. Dadurch wird das Ausfahren des aufblasbaren Rotorsystems zusätzlich unterstützt.A missile 1 in the form of a spacecraft or other aircraft returning from a high altitude or out of Earth orbit or landing on another atmospheric planetary body, is typically deployed in orbit by a launcher, or the landing becomes a circular orbit or flyby initiated. The missile 1 then enters the planetary atmosphere and makes the descent to a height where the extension of the rotor system is initiated. The rotor system is then inflated while the missile 1 continues the descent. The stabilization of the missile 1 during the descent and landing phase to the planetary surface is done by the rotation about the longitudinal axis 3 , As a result, the extension of the inflatable rotor system is additionally supported.

Nachdem das Rotorsystem vollständig aufgeblasen ist, greift das Prinzip der Autorotation durch die aerodynamischen Kräfte, die auf die Rotorblätter 2 einwirken und die Abstiegsgeschwindigkeit des Flugkörpers 1 beginnt, sich so weit zu verringern, bis eine vorherbestimmte vertikale Geschwindigkeit erreicht ist. Kurz vor dem Erreichen des Landeplatzes wird das Rotorsystem gekippt, um ein Kurvenflugmanöver einzuleiten, was dann in einem Gleitflug bis zum gewünschten Landeplatz führt. Diese Flugmanöver werden von einem autonomen Navigations- und Regelsystem an Bord des Flugkörpers 1 gesteuert.After the rotor system is fully inflated, the principle of autorotation engages by the aerodynamic forces acting on the rotor blades 2 act and the descent speed of the missile 1 begins to decrease until a predetermined vertical speed is reached. Shortly before reaching the landing site, the rotor system is tilted to initiate a turn maneuver, which then leads in a gliding flight to the desired landing site. These maneuvers are provided by an autonomous navigation and control system aboard the missile 1 controlled.

Während des Landevorgangs kann das Gas aus dem Rotorsystem durch äußere Düsen am Ring 5 entweichen, wodurch die Rotation des Rotorsystems zusätzlich unterstützt wird. Dieser Effekt kann auch genutzt werden, um das Rotorsystem nach der Landung vom gelandeten Flugkörper 1 zu entfernen und auf diese Weise Behinderungen des Flugkörpers 1 zu vermeiden.During landing, the gas can escape from the rotor system through outer nozzles on the ring 5 escape, whereby the rotation of the rotor system is additionally supported. This effect can also be used to control the rotor system after landing from the landed missile 1 to remove and in this way obstructions of the missile 1 to avoid.

Claims (5)

Flugkörper, insbesondere ein Raumfahrzeug zur Landung auf atmosphärebehafteten planetaren Körpern, mit einem entfaltbaren Autorotations-Rotorsystem, dessen Rotorblätter über ein Gasdrucksystem beaufschlagbar und aufblasbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Enden der Rotorblätter (2) über eine ebenfalls aufblasbare Ringstruktur (5) miteinander verbunden sind, wobei die Rotorblätter (2) sowohl untereinander als auch mit der Ringstruktur (5) fluidleitend verbunden sind.A missile, in particular a spacecraft for landing on atmosphere-bearing planetary bodies, with a deployable autorotation rotor system whose rotor blades can be acted on and inflated by a gas pressure system, characterized in that the outer ends of the rotor blades ( 2 ) via a likewise inflatable ring structure ( 5 ), wherein the rotor blades ( 2 ) both with each other and with the ring structure ( 5 ) are fluidly connected. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aerodynamische Profil der Rotorblätter (2) durch mit Gas beaufschlagbare, im Inneren von Hüllen der Rotorblätter (2) angeordnete aufblasbare zylindrische Hohlräume (6) gebildet wird, die jeweils parallel zur radialen Achse der Rotorblätter (2) angeordnet sind.A missile according to claim 1, characterized in that the aerodynamic profile of the rotor blades ( 2 ) by gas acted upon, inside of shells of the rotor blades ( 2 ) arranged inflatable cylindrical cavities ( 6 ) is formed, each parallel to the radial axis of the rotor blades ( 2 ) are arranged. Flugkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (2) strahlenförmig an einer Mittelachse (3) angeordnet sind, die neigbar gehaltert ist.A missile according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor blades ( 2 ) radiating on a central axis ( 3 ) are arranged, which is tiltably supported. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (2) aus einem Faser-Polymer-Werkstoff bestehen.A missile according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotor blades ( 2 ) consist of a fiber-polymer material. Flugkörper nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (2) aus dem Werkstoff Vectran bestehen.A missile according to claim 4, characterized in that the rotor blades ( 2 ) consist of the material Vectran.
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