DE102009036518B4 - Spacecraft and method of performing a landing thereof - Google Patents
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Abstract
Raumfahrt-Flugkörper (1) mit mindestens zwei eine resultierende Schubkraft in Richtung einer Schubachse (7) des Raumfahrt-Flugkörpers erzeugenden Triebwerken (5, 6), wobei der Raumfahrt-Flugkörper (1) einen Treibstoff und einen Oxidator mitführt, wobei a) die Triebwerke (5, 6) verschwenkbar an einem Grundkörper (2) angelenkt sind mit einem Schwenk-Freiheitsgrad zur Veränderung eines Winkels (α) gegenüber der Schubachse (7), b) eine Steuereinheit (16) vorgesehen ist, c) mindestens ein mit der Steuereinheit (16) in Steuerverbindung stehenden Aktuator (3, 3a) vorgesehen ist, der derart mit den Triebwerken (5, 6) gekoppelt ist, dass eine Betätigung des mindestens einen Aktuators (3, 3a) durch die Steuereinheit (16) ca) eine Verschwenkung der Triebwerke (5, 6) mit einer Veränderung der zugeordneten Winkel (α1, α2) und cb) eine Veränderung der resultierenden Schubkraft in Richtung der Schubachse (7) zur Folge hat, und d) ein Sensor (19) vorgesehen ist, der da) den Abstand des Raumfahrt-Flugkörper (1) von einer Landefläche erfasst und db) mit der Steuereinheit (16) gekoppelt ist zur Steuerung der resultierenden Schubkraft durch Verschwenkung der Triebwerke.Spacecraft missile (1) with at least two thrusters (5, 6) producing a resulting thrust force in the direction of a thrust axis (7) of the spacecraft missile, the spacecraft missile (1) carrying a fuel and an oxidizer, with a) the Engines (5, 6) are pivotably articulated on a base body (2) with a degree of freedom of rotation for changing an angle (α) relative to the thrust axis (7), b) a control unit (16) is provided, c) at least one with the Control unit (16) in control connection is provided actuator (3, 3a) which is coupled to the engines (5, 6) such that actuation of the at least one actuator (3, 3a) by the control unit (16) ca) Swiveling the engines (5, 6) with a change in the assigned angles (α1, α2) and cb) results in a change in the resulting thrust force in the direction of the thrust axis (7), and d) a sensor (19) is provided which da) the distance of the space flight Flugk body (1) captured by a landing surface and db) coupled to the control unit (16) for controlling the resulting thrust by pivoting the engines.
Description
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft einen Raumfahrt-Flugkörper, der zwei (oder mehr) Triebwerke besitzt, die eine resultierende Schubkraft in Richtung einer Schubachse des Raumfahrt-Flugkörpers erzeugen, wobei der Raumfahrt-Flugkörper sowohl einen Treibstoff als auch einen Oxidator mitführt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Raumfahrt-Flugkörper um eine Rakete. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchführung eines Landevorgangs eines Raumfahrt-Flugkörpers auf einer Landefläche, insbesondere einem Himmelskörper oder der Erde.The invention relates to an aerospace missile having two (or more) thrusters that produce a resultant thrust toward a thrust axis of the spacecraft, the spacecraft carrying both a fuel and an oxidizer. For example, the spacecraft is a rocket. Furthermore, the invention relates to a method for performing a landing operation of a spacecraft missile on a landing area, in particular a celestial body or the earth.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Flugkörper, welche sich in der erdnahen Atmosphäre bewegen, führen üblicherweise lediglich Treibstoff mit sich, während ein für die Verbrennung des Treibstoffs und zur Erzeugung der Schubkraft erforderlicher Oxidator der Atmosphäre entnommen werden kann. Hingegen erfordern Raumfahrt-Flugkörper, welche sich auch außerhalb der erdnahen Atmosphäre bewegen können, einen besonderen Aufbau der Triebwerke selbst sowie das Mitführen sowohl des Treibstoffs als auch des Oxidators, da der Oxidator nicht der Atmosphäre entnommen werden kann. Bekannt sind hierfür insbesondere Feststoffraketentriebwerke und Flüssigkeitsraketentriebwerke:
- – Bei Flüssigkeitsraketentriebwerken werden der Treibstoff und der Oxidator von der Rakete voneinander getrennt mitgeführt und mit (Turbo-)Pumpen oder Druckgas in das Triebwerk befördert. Als Treibstoffe einsetzbar sind insbesondere Kerosin, Hydrazin und seine Derivate oder verflüssigter Wasserstoff, während als Oxidator meistens flüssiger Sauerstoff, bei Hydrazin oder seinen Derivaten als Treibstoff jedoch Stickstofftetroxid verwendet wird. Die energiereichste Mischung für ein Flüssigkeitsraketentriebwerk ist mit flüssigem Wasserstoff als Treibstoff und flüssigem Sauerstoff als Oxidator gebildet. Derartige Flüssigtriebwerke sind ab- und anschaltbar, so dass auch kurze Schubimpulse erzeugt werden können. Eine Regelung der Schubkraft der Flüssigkeitsraketentriebwerke ist begrenzt und unter hohem Aufwand möglich, beispielsweise über eine geeignete Ansteuerung der erforderlichen Turbopumpen zur Förderung von Treibmittel und Oxidator.
- – Hingegen werden bei einem Feststoffraketentriebwerk sowohl der Treibstoff als auch der Oxidator als feste Stoffe gebunden mitgeführt. Feststoffraketen kommen unter Umständen völlig ohne bewegliche Teile, zusätzliche Vorrichtungen wie Pumpen oder Leitungen und ähnliches aus. Der Treibstoff und Oxidator sind einfacher und sicherer zu handhaben als flüssige oder gasförmige Treibstoffe, da diese nicht entweichen können. Die Schubentwicklung über die Brenndauer kann durch die sogenannte Abbrandcharakteristik a priori vorgegeben werden. Entsprechend kann die Beeinflussung der Brenndauer erfolgen. Eine Schubregelung während des Abbrands hingegen ist nicht möglich.
- - In liquid rocket engines, the fuel and the oxidizer are carried separately from the rocket and transported with (turbo) pumps or compressed gas into the engine. In particular, kerosene, hydrazine and its derivatives or liquefied hydrogen can be used as propellants, while as oxidizer mostly liquid oxygen, but with hydrazine or its derivatives as fuel, nitrogen tetroxide is used. The most energetic mixture for a liquid rocket engine is formed with liquid hydrogen as fuel and liquid oxygen as oxidizer. Such liquid engines are switched off and on, so that even short thrust pulses can be generated. A regulation of the thrust of the liquid rocket engines is limited and possible with great effort, for example via a suitable control of the required turbopumps to promote blowing agent and oxidizer.
- - On the other hand, in a solid rocket engine, both the fuel and the oxidizer are bound as solids. Solid rocket may come completely without moving parts, additional devices such as pumps or lines and the like. The fuel and oxidizer are easier and safer to handle than liquid or gaseous fuels because they can not escape. The thrust development over the burning time can be predetermined a priori by the so-called burn-up characteristic. Accordingly, the influencing of the burning time can take place. On the other hand, a thrust control during burning is not possible.
Schließlich sind Hybridraketentriebwerke bekannt, die aus einer Kombination von Flüssigkeitsraketentriebwerken und Feststoffraketentriebwerken bestehen.Finally, hybrid rocket engines are known that consist of a combination of liquid rocket engines and solid rocket engines.
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Raumfahrt-Flugkörper sowie ein Verfahren zur Steuerung des Raumfahrt-Flugkörpers vorzuschlagen mit veränderten, vereinfachten und/oder verbesserten Beeinflussungsmöglichkeiten für eine Veränderung einer Schubkraft, die durch die eingesetzten Triebwerke erzeugt wird, insbesondere während eines Landevorgangs des Raumfahrt-Flugkörpers.The present invention has for its object to provide a spacecraft missile and a method for controlling the aerospace missile with altered, simplified and / or improved influencing possibilities for a change in a thrust force by the used engines is generated, in particular during a landing operation of the spacecraft.
LÖSUNGSOLUTION
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit einem Raumfahrt-Flugkörper gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen eines derartigen Raumfahrt-Flugkörpers ergeben sich entsprechend den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 5. Ein Verfahren zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ergibt sich entsprechend den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 6. Weitere Ausgestaltungen eines derartigen Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen 7 und 8 definiert.The object of the invention is achieved with a spacecraft missile according to the features of
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung ist ausgerichtet auf einen besonderen Flugkörper, nämlich einen Flugkörper, welcher auch oder vollständig außerhalb der erdnahen Atmosphäre einsetzbar ist. Somit ist der Flugkörper nicht mit einem ”luftatmenden” Triebwerk ausgestattet. Vielmehr finden in dem erfindungsgemäßen Flugkörper Triebwerke Einsatz, die nicht ”luftatmend” einsetzbar sind. Hierzu führt der Raumfahrt-Flugkörper sowohl einen Treibstoff als auch einen Oxidator mit sich mit. Weiterhin ist in dem Flugkörper nicht lediglich ein Triebwerk eingesetzt. Vielmehr finden mindestens zwei Triebwerke Einsatz, die eine resultierende Schubkraft in Richtung einer Schubachse des Raumfahrt-Flugkörpers erzeugen. Hierbei kann die Schubachse mit der Längsachse des Raumfahrt-Flugkörpers übereinstimmen, gegenüber dieser versetzt sein oder (zumindest in Teilbetriebsbereichen) gegenüber dieser geneigt sein für eine Änderung der Fluglage.The present invention is directed to a particular missile, namely a missile, which is also or completely outside the near-Earth atmosphere can be used. Thus, the missile is not equipped with an "air-breathing" engine. Rather, engines are used in the missile according to the invention, which are not "air breathing" can be used. For this purpose, the aerospace missile carries with it both a fuel and an oxidizer. Furthermore, not only an engine is used in the missile. Rather, find at least two engines use that produce a resultant thrust in the direction of a thrust axis of the spacecraft missile. Here, the thrust axis coincide with the longitudinal axis of the spacecraft missile, be offset against this or (at least in sub-operating areas) with respect to this inclined for a change in attitude.
Weiterhin beruht die vorliegende Erfindung auf der Beobachtung, dass beispielsweise für eine weiche Landung des Raumfahrt-Flugkörpers auf einer von einer Planeten- oder Trabantenoberfläche gebildeten Landefläche grundsätzlich der Einsatz von Fallschirmen erforderlich ist. Ist eine Bremswirkung infolge des Fallschirmes nicht ausreichend oder der Einsatz eines Fallschirms aus konstruktiven Gründen oder wegen Fehlen einer ausreichend dichten Atmosphäre nicht möglich, so ist es erforderlich, dass eine Schubkraft, insbesondere ein Bremsschub, während des Landevorganges angepasst werden muss. Eine direkte Regelung des Triebwerkes ist für die hier eingesetzten speziellen Triebwerke nicht möglich, technisch sehr aufwändig oder nur innerhalb vorgegebener Grenzen möglich.Furthermore, the present invention is based on the observation that, for example, for a soft landing of the spacecraft on a landing surface formed by a planet or satellite surface, the use of parachutes is required in principle. If a braking effect due to the parachute is insufficient or the use of a parachute is not possible for structural reasons or due to the lack of a sufficiently dense atmosphere, it is necessary that a thrust, in particular a braking thrust, must be adjusted during the landing process. A direct control of the engine is not possible for the special engines used here, technically very complex or possible only within predetermined limits.
Aufbauend auf dieser Beobachtung sind erfindungsgemäß Triebwerke nicht starr an einem Grundkörper des Raumfahrt-Flugkörpers angelenkt. Vielmehr sind diese verschwenkbar angelenkt mit einem Schwenk-Freiheitsgrad, über welchen ein Winkel α gegenüber der Schubachse, insbesondere gegenüber der Längsachse, geändert werden kann. Eine Verschwenkung erfolgt entsprechend einer Steuereinheit, die mit mindestens einem Aktuator in Steuerverbindung steht. Eine Kopplung des mindestens einen Aktuators und der verschwenkbaren Triebwerke ist derart ausgebildet, dass eine Betätigung des Aktuators oder mehrerer Aktuatoren, die durch die Steuereinheit bewirkt wird, eine Verschwenkung der Triebwerke zur Folge hat, die zu einer Veränderung des zugeordneten Winkels α führt. Hierbei ist die Verschwenkung von mindestens zwei Triebwerken derart miteinander korreliert, dass eine Veränderung der resultierenden Schubkraft in Richtung der Schubachse erfolgt.Based on this observation, according to the invention engines are not rigidly articulated to a main body of the spacecraft missile. Rather, these are pivotably articulated with a degree of pivoting freedom, via which an angle α relative to the thrust axis, in particular with respect to the longitudinal axis, can be changed. A pivoting takes place in accordance with a control unit, which is in control connection with at least one actuator. A coupling of the at least one actuator and the pivotable engines is designed such that an actuation of the actuator or a plurality of actuators, which is effected by the control unit, a pivoting of the engines has the consequence, which leads to a change of the associated angle α. Here, the pivoting of at least two engines is correlated with each other such that a change in the resulting thrust force takes place in the direction of the thrust axis.
Einer derartigen Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die resultierende Schubkraft von dem Winkel oder den Winkeln α abhängig ist. Somit kann aber eine Beeinflussung der resultierenden Schubkraft, beispielsweise während eines Landevorgangs, nicht (nur) über die Steuerung oder Vorgabe der Schubkraft der einzelnen Triebwerke erfolgen. Vielmehr ist eine zusätzliche Einflussgröße über die Vorgabe der Winkel α gegeben. Im Extremfall kann für eine Veränderung der resultierenden Schubkraft keine Leistungsanpassung der Schubkraft jedes einzelnen Triebwerks erfolgen und lediglich eine Veränderung der Winkel α erfolgen. Während durchaus möglich ist, dass die Schubachse immer koaxial zur Längsachse des Raumfahrt-Flugkörpers orientiert ist, ist auch denkbar, dass der Winkel der Schubachse zu der Längsachse veränderlich ist, was ebenfalls über eine Veränderung der Winkel α der einzelnen Triebwerke erfolgen kann. Somit kann durch die Vorgabe der Winkel α für eine erweiterte Ausführungsform sowohl eine Beeinflussung der resultierenden Schubkraft als auch des Winkels der Schubachse gegenüber der Längsachse des Raumfahrt-Flugkörpers erfolgen. Die erfindungsgemäße Steuereinheit oder ein im Folgenden als Steuerung oder Steuern beschriebener Vorgang soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Regeleinheit oder eine Regelung oder ein Regeln umfassen.Such an embodiment is based on the finding that the resulting thrust force is dependent on the angle or the angles α. Thus, however, an influence on the resulting thrust, for example during a landing, not (only) via the control or specification of the thrust of the individual engines. Rather, an additional influence over the specification of the angle α is given. In extreme cases, no performance adjustment of the thrust of each engine can be done for a change in the resulting thrust and only a change in the angle α. While it is quite possible that the thrust axis is always oriented coaxially to the longitudinal axis of the spacecraft missile, it is also conceivable that the angle of the thrust axis to the longitudinal axis is variable, which can also be done via a change in the angle α of the individual engines. Thus, by specifying the angle α for an extended embodiment, both the resulting thrust force and the angle of the thrust axis relative to the longitudinal axis of the spacecraft missile can be influenced. In the context of the present invention, the control unit according to the invention or an operation described below as a control or control should also include a control unit or a regulation or a regulation.
Möglich ist, dass über die Steuereinheit eine Synchronisierung mehrerer Aktuatoren derart erfolgt, dass eine synchrone Verschwenkung der Triebwerke erfolgt. Hierbei kann eine Steuerung erfolgen, bei welcher ein Steuersignal der Steuereinheit mit einem Schwenkwinkel des Triebswerks korreliert. Ebenfalls möglich ist der Einsatz einer Regelung, für welche ein Schwenkwinkel des Triebwerks über einen Sensor erfasst wird. Nach Maßgabe eines rückgeführten Signals dieses Sensors kann dann die Regeleinheit einen gewünschten Winkel α durch Beaufschlagung des Aktuators herbeiführen. Für eine Weiterbildung entsprechend der Erfindung ist allerdings eine Kopplungseinrichtung vorgesehen. Diese Kopplungseinrichtung gewährleistet eine synchrone Verschwenkung mehrerer Triebwerke in zueinander entgegengesetzte Schwenkrichtungen. Bei Einsatz einer derartigen Kopplungseinrichtung ist auch bei einer ungenauen Ansteuerung der einzelnen Aktuatoren gewährleistet, dass die Relativlage mehrerer Triebwerke zueinander innerhalb vorbestimmter Grenzen vorgebbar ist. Durchaus denkbar ist auch, dass durch Einsatz der Kopplungseinrichtung lediglich ein Aktuator vorzusehen ist, über welchen mehrere Triebwerke gleichzeitig verschwenkt werden können.It is possible that over the control unit a synchronization of multiple actuators takes place such that a synchronous pivoting of the engines takes place. In this case, a control can take place in which a control signal of the control unit correlates with a swivel angle of the engine. Also possible is the use of a scheme for which a swivel angle of the engine is detected by a sensor. According to a feedback signal of this sensor, the control unit can then bring about a desired angle α by acting on the actuator. For a further development according to the invention, however, is a Coupling device provided. This coupling device ensures a synchronous pivoting of several engines in mutually opposite pivot directions. When using such a coupling device is ensured even with an inaccurate control of the individual actuators that the relative position of multiple engines to each other within predetermined limits can be specified. It is also conceivable that by using the coupling device only one actuator is provided, over which a plurality of engines can be pivoted simultaneously.
Die vorgenannten erfindungsgemäßen Maßnahmen finden Einsatz für einen Landeanflug einer Landefläche. Um einen derartigen Landeanflug verbessern und/oder automatisieren zu können, schlägt die Erfindung vor, dass in dem Raumfahrt-Flugkörper ein Sensor vorgesehen ist. Der Sensor erfasst den Abstand des Raumfahrt-Flugkörpers von einer Landefläche und kann dann mit zunehmender Annäherung an die Landefläche einen Eingriff in die resultierende Schubkraft vornehmen, insbesondere eine Bremsschubkraft erzeugen, so dass ein möglichst sanfter Landevorgang erfolgt. Hierzu ist der Sensor mit der Steuereinheit gekoppelt.The aforementioned measures according to the invention are used for a landing approach of a landing area. In order to be able to improve and / or automate such a landing approach, the invention proposes that a sensor be provided in the spacecraft missile. The sensor detects the distance of the aerospace missile from a landing area and can then make with increasing approach to the landing area an intervention in the resulting thrust, in particular generate a braking thrust force, so that the smoothest landing possible. For this purpose, the sensor is coupled to the control unit.
Durchaus denkbar ist die Verschwenkung des Triebwerks in Stufen, wobei in einem Extremfall lediglich zwei Winkelstellungen für die Triebwerke ermöglicht sind. Es versteht sich, dass für eine Erhöhung der Anpassungsmöglichkeiten für die resultierende Schubkraft die Bereitstellung mehrerer Stufen für die Verschwenkung der Triebwerke vorteilhaft ist. Für eine stufenlose Anpassung der resultierenden Schubkraft schlägt die Erfindung allerdings vor, dass eine stufenlose Verschwenkung der Triebwerke möglich ist. Für eine Ermöglichung einer stufigen oder stufenlosen Verschwenkung der Triebwerke muss ein geeigneter Aktuator eingesetzt werden, der also eine stufenlose oder stufige Betätigung ermöglicht, und/oder die Schwenk-Freiheitsgrade sowie etwaige Verriegelungen oder Rastierungen für die Verschwenkung der Triebwerke müssen stufenlos oder stufig ausgebildet sein.Quite conceivable is the pivoting of the engine in stages, which in an extreme case, only two angular positions are made possible for the engines. It will be appreciated that for an increase in the adaptability of the resultant thrust, it is advantageous to provide multiple stages for engine pivoting. For a stepless adjustment of the resulting thrust, however, the invention proposes that a continuous pivoting of the engines is possible. To enable a gradual or stepless pivoting of the engines, a suitable actuator must be used, which thus allows a stepless or stepped operation, and / or the pivoting degrees of freedom and any latches or detents for the pivoting of the engines must be continuously or gradually formed.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung widmet besondere Aufmerksamkeit den von dem mindestens einen Aktuator aufzubringenden Stell- und/oder Haltekräften. Während grundsätzlich derartige Aktuatoren Stell- und Haltekräfte aufbringen müssen, die von der Schubkraft des zugeordneten Triebwerks abhängig sind, da die Triebwerke ein Moment erzeugen können, welches auf eine unerwünschte Verschwenkung der Triebwerke aus Ihrer Soll-Schwenklage ausgerichtet ist, ist für einen weiteren Vorschlag der Erfindung die Anlenkung der Triebwerke an dem Grundkörper stromaufwärts der Triebwerke angeordnet. Im Idealfall verläuft damit die Schubachse des einzelnen Triebwerks durch die Anlenk- oder Schwenkachse, so dass die erforderlichen Betätigungskräfte des Aktuators für eine Verschwenkung des Triebwerks nicht beeinflusst werden durch die Schubkraft des Triebwerkes. Grund hierfür ist, dass die Schubkraft des Triebwerkes durch den Anlenkort verläuft.A further embodiment of the invention pays particular attention to the actuating and / or holding forces to be applied by the at least one actuator. While in principle such actuators must apply actuating and holding forces, which are dependent on the thrust of the associated engine, since the engines can generate a moment which is aligned to an undesirable pivoting of the engines from their desired pivot position, is for a further proposal of Invention arranged the articulation of the engines to the body upstream of the engines. Ideally, so that the thrust axis of the individual engine passes through the articulation or pivot axis, so that the required actuation forces of the actuator for a pivoting of the engine are not affected by the thrust of the engine. The reason for this is that the thrust of the engine passes through the Anlenkort.
Für den Fall, dass mindestens ein Aktuator zumindest zeitweise von Haltekräften zur Sicherung eines einmal erreichten Schwenkwinkels des Triebwerks entlastet werden soll, ist erfindungsgemäß eine Rast- oder Verriegelungseinrichtung vorgesehen. Über die Rast- oder Verriegelungseinrichtung, die vorzugsweise automatisiert durch die Steuereinheit betätigt wird, ist ein Schwenkwinkel eines zugeordneten Triebwerks (oder sind gleichzeitig die Schwenkwinkel mehrerer Triebwerke) festlegbar.In the event that at least one actuator is at least temporarily relieved of holding forces to secure a once achieved pivot angle of the engine, a locking or locking device is provided according to the invention. About the locking or locking device, which is preferably actuated automatically by the control unit, a pivot angle of an associated engine (or at the same time the pivot angle of several engines) can be fixed.
Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist gegeben durch ein Verfahren zur Durchführung eines Landevorgangs eines Raumfahrt-Flugkörpers. In einem derartigen Verfahren erfolgt zunächst eine Ermittlung einer für die Landung erforderlichen resultierenden Schubkraft. Die resultierende Schubkraft ist zumindest in Teilphasen des Landevorgangs kleiner als die Summe der Beträge der Teil-Schubkräfte der Triebwerke. Alternativ oder kumulativ kann die Ermittlung einer für die Landung erforderlichen resultierenden Querschubkraft erfolgen. Diese resultierende Querschubkraft weicht von der Summe der Beträge der Teil-Schubkräfte der Triebwerke ab. Ist beispielsweise über einen Sensor der Abstand von einer Landefläche bekannt, kann für einen Soll-Landevorgang in der Steuereinheit ein Abstand-Zeit-Sollsignal vorgegeben sein. Die erforderliche resultierende Schubkraft korreliert dann mit der zweiten Ableitung dieses Abstand-Zeit-Sollsignals. Durch erfindungsgemäße Vorgabe einer entsprechenden resultierenden Schubkraft kann somit der genannte Abstand-Zeit-Sollsignalverlauf zumindest approximiert werden. Über die Gestaltung der Querschubkraft kann ein Querversatz des Raumfahrt-Flugkörpers ausgeglichen werden, damit der Raumfahrt-Flugkörper möglichst zentral oder an einem gewünschten Ort der Landefläche aufsetzt. Hierzu ist es von Vorteil, wenn ein Sensor vorgesehen ist, der auch einen derartigen Versatz erfassen kann.Another solution of the problem underlying the invention is given by a method for performing a landing of a spacecraft missile. In such a method, a determination is first made of a resulting thrust force required for the landing. The resulting thrust force is less than the sum of the amounts of engine thrust at least in partial phases of the landing process. Alternatively or cumulatively, the determination of a resulting transverse thrust force required for the landing can take place. This resulting shear force deviates from the sum of the amounts of engine thrust. If, for example, the distance from a landing area is known via a sensor, a distance-time setpoint signal can be predetermined for a desired landing process in the control unit. The required resulting thrust then correlates with the second derivative of this distance-time command signal. By specifying a corresponding resultant thrust force according to the invention, the said distance-time setpoint signal course can thus at least be approximated. About the design of the transverse thrust transverse misalignment of the spacecraft missile can be compensated so that the spacecraft missile sits as central as possible or at a desired location of the landing area. For this purpose, it is advantageous if a sensor is provided which can also detect such an offset.
Im nächsten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Ermittlung veränderter Schwenkwinkel α der Triebwerke. Hierbei werden die veränderten Schwenkwinkel derart ermittelt, dass zumindest eine Annäherung an die ermittelte resultierende Schubkraft und/oder die ermittelte Querschubkraft erfolgt.In the next method step of the method according to the invention, a determination is made of changed pivoting angles α of the engines. In this case, the changed pivoting angles are determined in such a way that at least an approximation to the determined resultant thrust force and / or the determined transverse thrust force takes place.
Sind die veränderten Schwenkwinkel der Triebwerke bekannt, erfolgt durch die Steuereinheit ein Ansteuern des mindestens einen Aktuators derart, dass die Triebwerke zu den ermittelten veränderten Schwenkwinkeln α verschwenkt werden.If the changed swivel angle of the engines is known, the control unit performs a control of the at least one actuator such that the engines are pivoted to the determined changed pivoting angles α.
Durchaus möglich ist aber auch, dass eine Ansteuerung der Aktuatoren entsprechend einem a priori vorgegebenen Steuersignalverlauf erfolgt, so dass – beispielsweise getriggert durch eine Annäherung des Raumfahrt-Flugkörpers mit einem Soll-Abstand an die Landefläche – die Schwenkwinkel α entsprechend einem vorgegebenen Verlauf verändert werden. Ebenfalls möglich ist, dass ein derartiger Verlauf der Schwenkwinkel aus einem Kennfeld, unterschiedlichen Kennlinien oder funktionalen Abhängigkeiten abgeleitet wird in der Steuereinheit, wobei eine Abhängigkeit berücksichtigt sein kann von einer momentanen Geschwindigkeit des Raumfahrt-Flugkörpers, dem Gewicht des Raumfahrt-Flugkörpers, dem Abstand des Raumfahrt-Flugkörpers von der Landefläche und ähnlichem.It is also quite possible, however, for the actuators to be actuated in accordance with a control signal course predefined a priori, so that the swivel angle α is changed in accordance with a predefined course, for example triggered by an approach of the spacecraft with a desired distance to the landing area. It is also possible that such a course of the swivel angle from a map, different characteristics or functional dependencies is derived in the control unit, wherein a dependency can be taken into account by a current speed of the spacecraft, the weight of the spacecraft, the distance of Spacecraft missile from landing area and the like.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Abstand von einer Landefläche ermittelt, unter dessen Berücksichtigung eine Ermittlung der resultierenden Schubkraft und/oder der resultierenden Querschubkraft sowie der veränderten Schwenkwinkel α erfolgt.In a further development of the method according to the invention, a distance from a landing surface is determined, taking into account a determination of the resulting thrust force and / or the resulting transverse thrust force and the changed pivot angle α.
Während durchaus möglich ist, dass zusätzlich zu einer Veränderung der Schwenkwinkel α eine Beeinflussung der Leistungsabgabe erfolgt, ist ein besonders einfaches Verfahren zur Beeinflussung der Schubkraft und zur Steuerung eines Landevorgangs gegeben, wenn eine Veränderung der resultierenden Schubkraft und/oder der resultierenden Querschubkraft durch alleinige Veränderung der Schwenkwinkel, aber ohne Beeinflussung der Leistungsabgabe der Triebwerke erfolgt.While it is quite possible that in addition to a change in the swivel angle α influencing the power output, a particularly simple method for influencing the thrust and for controlling a landing process is given if a change in the resultant thrust and / or the resulting shear thrust by sole change the swivel angle, but without affecting the power output of the engines.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and can come into effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Further features are the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to each other and their relative arrangement and operative connection - refer. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.
FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES
Gemäß
Die Verhältnisse der Schubkräfte sind in dem Freikörperbild gemäß
Während sich für gleiche Winkel α1 = α2 = α die Quer-Schubkräfte FSQ gegenseitig aufheben, ergibt sich eine resultierende Schubkraft FRES, die sich aus der Summe der Beträge der Kraftkomponenten FS7 ergibt, so dass gilt:
Aus obiger Formel für die Ermittlung der resultierenden Schubkraft FRES folgt unmittelbar, dass eine Beeinflussung der resultierenden Schubkraft FRES herbeiführbar ist über eine Beeinflussung der Winkel α1, α2. Erfolgt eine Verschwenkung der Triebwerke
Die Orientierung und Einbaurichtung der Triebwerke gegenüber dem Raumfahrt-Flugkörper
Gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Raumfahrt-FlugkörperSpace Missile
- 22
- Grundkörperbody
- 33
- Aktuatoractuator
- 44
- Kopplungseinrichtungcoupling device
- 55
- Triebwerkengine
- 66
- Triebwerkengine
- 77
- Schubachsethrust axis
- 88th
- Schubachsethrust axis
- 99
- Schubachsethrust axis
- 1010
- Lagereinheitstorage unit
- 1111
- Lagereinheitstorage unit
- 1212
- Strebestrut
- 1313
- Strebestrut
- 1414
- Schubkraftthrust
- 1515
- Schubkraftthrust
- 1616
- Steuereinheitcontrol unit
- 1717
- Steuersignalcontrol signal
- 1818
- Steuersignalcontrol signal
- 1919
- Sensorsensor
- 2020
- EinrichtungFacility
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-
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |