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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kleinflugkörper mit einem Rumpf und wenigstens zwei Tragflächen sowie einer die Flugbahn lenkenden Steuereinrichtung und einer Antriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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STAND DER TECHNIK
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Ein Einsatzbereich von einem gattungsgemäßen, modularen Kleinflugkörper mit einer Gesamtmasse von beispielsweise bis zu 15 kg, kann etwa darin bestehen, ein Wirkmittel unter hohen Sicherheitsanforderungen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Treffergenauigkeit in ein definiertes Ziel zu tragen. Es ist bereits ein Kleinflugkörper bekannt geworden, der ein mit Feststoff betriebenes Raketentriebwerk aufweist. Wenn der Flugkörper auch bei geringer Anströmung steuerbar sein soll, ist es möglich, Strahlruder im Strömungskanal des Feststofftriebwerks vorzusehen. Die hohe thermische Belastung durch das Feststofftriebwerk sorgt aber dafür, dass die Strahlruder innerhalb kürzester Zeit, nämlich wenigen Sekunden, stumpf werden und dadurch der Strömungswiderstand erhöht wird und die Manövrierbarkeit des Flugkörpers beträchtlich verringert wird.
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Anhand der
DE 10 2007 012 799 B3 ist ein Kleinflugkörper mit Propellermodulen bekannt geworden, die für den Vortrieb und die Steuerung des Kleinflugkörpers herangezogen werden. Nachteilig sind bei diesem bekannten Kleinflugkörper das relativ geringe Schubniveau und die damit einhergehende niedrige Fluggeschwindigkeit des bekannten Kleinflugkörpers. Dies wiederum bedingt eine erhöhte Anfälligkeit für Störkräfte aus der Umgebung, beispielsweise der Windkraft, was die Manöveriergenauigkeit des bekannten Kleinflugkörpers negativ beeinflusst.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Kleinflugkörper zu schaffen, der die Nachteile eines Feststofftriebwerks vermeidet und mit hoher Geschwindigkeit ins Ziel geführt werden kann und es trotzdem dem Benutzer ermöglicht, die Geschwindigkeit zu verringern, um noch während des Flugs des Kleinflugkörpers in die Mission des Flugs einzugreifen.
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Diese Aufgabe wird durch den im Patentanspruch 1 angegebenen Kleinflugkörper gelöst.
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Der erfindungsgemäße Kleinflugkörper besitzt einen Rumpf und wenigstens zwei Tragflächen sowie eine die Flugbahn lenkende Steuereinrichtung und eine Antriebseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung mindestens ein luftdurchströmtes Strahltriebwerk aufweist und zur Erzeugung von veränderbarem Antriebsschub ausgebildet ist.
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Der Kleinflugkörper weist also mindestens ein von Luft durchströmtes Strahltriebwerk auf, dessen Antriebschub während der Flugphase verändert werden kann. Dadurch besitzt der Benutzer die Möglichkeit, noch während der Flugphase in die Mission einzugreifen, um das Ziel neu zu identifizieren, zu markieren oder in einem Safe-Mode die Mission abzubrechen. Hier ist es von wesentlichem Vorteil, dass der Antriebsschub des erfindungsgemäßen Kleinflugkörpers verändert werden kann, wodurch beispielsweise kurzfristig die Geschwindigkeit des Kleinflugkörpers verringert werden kann, um es dem Benutzer zu ermöglichen, dem Kleinflugkörper im Rahmen eines neuen Einweisvorgangs ein neues Ziel zu übertragen. Gelingt es dem Schützen nicht ein neues Ziel zu erfassen, kann er die Mission in einem Safe-Mode abbrechen.
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Gegenüber einem Propellermodul besitzt das Strahltriebwerk den Vorteil dass der mindestens eine Rotor des Strahltriebwerks durch die Ummantelung geschützt ist. Dadurch wird die Bedienungssicherheit beispielsweise beim Start des erfindungsgemäßen Kleinflugkörpers erhöht.
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Durch die Ummantelung des mindestens einen Rotors werden die infolge von Verwirbelungen an den Blattspitzen des bekannten Propellers bedingten Schubverluste vermieden. Dadurch wird bei gleichem Durchmesser des Rotors wie beim bekannten Propeller ein deutlich höheres Schubniveau erreicht.
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Im Umkehrschluss ist es möglich, einen kleineren Querschnitt des Rotors vorzusehen, dadurch sinkt der Strömungswiderstand, was wiederum die Fluggeschwindigkeit des Flugkörpers erhöht. Bei dem Strahltriebwerk kann es sich um ein so genanntes COTS Produkt handeln, also um ein am Markt fertig verfügbares Strahltriebwerk, wodurch in vorteilhafter Weise Entwicklungsarbeit für das Triebwerk wegfällt. Ein solches Triebwerk weist üblicherweise aufgrund der daran mit dem Ziel verringerter Eigenmasse bereits geleisteten Entwicklungsarbeit eine niedrige Eigenmasse auf. Variable Reichweiten des erfindungsgemäßen Kleinflugkörpers sind durch einfache Änderungen der mit dem Kleinflugkörper mitgeführten Menge an gespeicherter Antriebsenergie in der Form von beispielsweise Kraftstoff oder elektrischer Energie möglich, ohne dass dies große Änderungen in der Struktur und der Algorithmik des Kleinflugkörpers mit sich bringen würde.
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Vorzugsweise ist das Strahltriebwerk elektrisch und/oder brennstoffbetrieben ausgebildet. Wie es vorstehend bereits erwähnt wurde, kann der erfindungsgemäße Kleinflugkörper mehr als eines der genannten Strahltriebwerke aufweisen, so ist es beispielsweise in einer komplexeren Ausbaustufe auch möglich, 4 Antriebe in dem Steuermodul und einen Antrieb im Rumpf zu kombinieren. Dabei können die Antriebe in den Steuermodulen elektrisch sein und der Antrieb im Rumpf brennstoffbetrieben.
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Zur Speicherung der Energie kann für das elektrisch betriebene Strahltriebwerk beispielsweise ein handelsüblicher Akkumulator oder eine Brennstoffzelle vorgesehen sein. Ebenso kann für die elektrische Variante auch ein sogenannter Hybrid eingesetzt werden. Ein brennstoffbetriebener Generator oder ein brennstoffbetriebenes Strahltriebwerk mit Generator, speist seine elektrische Energie den Anforderungen gemäß in einen Akkumulator.
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Während die brennstoffbetriebene Variante einen Tank für Kraftstoff aufweist.
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Die Steuereinrichtung weist vorzugsweise wenigstens drei mittels mindestens eines Aktuators betätigbare Steuerflächen und/oder eine Einrichtung zur Ablenkung von Antriebsschub auf. Auch ist es möglich, einen Kleinflugkörper mit sowohl Steuerflächen als auch einer Einrichtung zur Ablenkung von Antriebsschub vorzusehen.
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Bei den Steuerflächen kann es sich um drehbare oder schwenkbare Auftriebsflächen in der Form sogenannter Finnen handeln, diese sind am Rumpf des Flugkörpers außen angebracht und dienen der Steuerung der Momente für die Regelung der Lage und der Querbeschleunigung. Die Finnen können dabei sowohl als Entensteuerer vor den Tragflächen oder als Hecksteuerer auch hinter den Tragflächen angeordnet sein. Eine Ausführungsform mit beispielsweise vier Finnen hat den Vorteil der Redundanz, so dass der Kleinflugkörper auch bei Ausfall einer der Finnen noch steuerbar bleibt.
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Um den Kleinflugkörper auch noch bei geringer Anströmung steuern zu können, können zusätzliche Steuerflächen vorgesehen sein, die zur lateralen Ablenkung von Antriebsschub dienen, so dass der Kleinflugkörper beispielsweise auch vom Boden aus gestartet werden kann. Diese alternativen oder zusätzlichen Steuerflächen befinden sich im Bereich hinter einer Austrittsöffnung des Strahltriebwerks angeordnet. Die Tatsache, dass es sich bei dem Strahltriebwerk um ein elektrisch betriebenes oder auch ein brennstoffbetriebenes Strahltriebwerk handelt, dessen Austrittsgase entweder nahezu Umgebungstemperatur haben, oder zwar Heißgaskomponenten aufweisen, diese aber eine deutlich niedrigere Temperatur besitzen als die Austrittsgase eines Feststofftriebwerks führt dazu, dass die im Antriebsstrahl des Strahltriebwerks liegenden Steuerflächen einem deutlich geringeren Verschleiß unterliegen als diejenigen, die im Austrittsstrahl eines Feststofftriebwerks angeordnet sind. Damit bleibt der Strömungswiderstand klein und die Manövrierbarkeit des erfindungsgemäßen Kleinflugkörpers bis zum Ziel erhalten.
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Nach der Erfindung ist es vorzugsweise auch vorgesehen, dass die vorstehend erwähnten schublenkenden Steuerflächen mit dem Rumpf des Kleinflugkörpers lösbar verbunden sind und beispielsweise ferngesteuert abgeworfen werden können. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn nach dem Start des Kleinflugkörpers die Luftströmung des Austrittsstrahls des Strahltriebwerks verbessert werden soll und dadurch nach dem Abwerfen der schublenkenden Steuerflächen im Strömungsbereich des Austrittstrahls keine als Drossel wirkenden Fremdkörper mehr vorhanden sind. Die Finnen können dabei über ein System aus Steueraktuatoren gezielt gesteuert werden.
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Die Steuerflächen und/oder schublenkenden Steuerflächen können mittels eines Aktuators betätigt werden, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass sie paarweise mittels eines jeweiligen Aktuators betätigbar sind. Dies besitzt den Vorteil einer Verringerung der Zahl der zur Steuerung notwendigen Aktuatoren.
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Es ist vorgesehen, dass zur Ablenkung des Antriebsschubs vorzugsweise mindestens ein Strahltriebwerk relativ zum Rumpf bewegbar angeordnet ist und/oder schublenkende Steuerflächen stromabwärts eines Auslasses des Strahltriebwerks angeordnet sind. Das bewegbare Strahltriebwerk kann am Rumpf des Kleinflugkörpers vorzugsweise außen angeordnet und um bis zu zwei Achsen drehbar vorgesehen sein. Zu diesem Zweck kann zur Steuerung der Momente für die Regelung der Lage eine kardanische Aufhängung des Strahltriebwerks vorgesehen sein. Die Bewegung des Strahltriebwerks kann durch zwei Aktuatoren bewerkstelligt werden, dadurch ist eine Steuerbarkeit des Kleinflugkörpers auch ohne Anströmungsgeschwindigkeit in der Nickachse und Gierachse möglich.
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Vorzugsweise ist das Strahltriebwerk weitgehend koaxial zur Längsmittelachse des Rumpfes in einem mit mindestens einem Lufteinlasskanal stromaufwärts des Strahltriebwerks versehenen Strömungskanal oder weitgehend parallel zur Längsmittelachse des Rumpfs feststehend oder um mindestens eine Achse drehbar angeordnet. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass das mindestens eine Strahltriebwerk sowohl innerhalb des Rumpfs als auch außerhalb des Rumpfs angeordnet sein kann, wobei bei der Ausführungsform der Anordnung innerhalb des Rumpfes mindestens ein Lufteinlasskanal im Bereich des Rumpfes vorgesehen ist.
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Der Lufteinlasskanal besitzt vorzugsweise mindestens einen den Rumpf in Umfangsrichtung zumindest abschnittsweise umgebenden Lufteinlauf, es können also am Rumpf auch mehrere Lufteinläufe vorgesehen sein, die den Rumpf jeweils zumindest abschnittsweise umgeben, also aus der den Rumpf bildenden Umhüllenden zumindest abschnittsweise radial hervortreten und somit eine den Luftstrom aus der Umgebung des Rumpfes dem Einlauf des Strahltriebwerks gesteuert zuführende Öffnung ausbilden. Der Lufteinlauf kann dabei in axialer Längsrichtung des Rumpfes sowohl vor als auch hinter den Tragflächen angeordnet sein, je nachdem, wo in Axiallängsrichtung des Rumpfes das innenliegende Strahltriebwerk angeordnet ist.
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Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass ein Auslass des Strömungskanals relativ zur Längsmittelachse des Rumpfes verlagerbar ausgebildet ist. Damit kann ein aus dem Strahltriebwerk austretender Fluidstrom durch den verlagerbaren Auslass zur Steuerung des Kleinflugkörpers abgelenkt werden.
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Es ist nach der Erfindung auch vorzugsweise vorgesehen, dass der Aktuator zur Betätigung von Steuerflächen und/oder schublenkenden Steuerflächen ausgebildet ist. Diese Ausbildung ermöglicht es, dass zur Betätigung von Steuerflächen oder schublenkenden Steuerflächen eine Zahl von Aktuatoren ausreicht, die geringer ist als die Zahl der zu betätigenden Steuerflächen und/oder schublenkenden Steuerflächen.
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Bei einer Ausführung des Kleinflugkörpers mit mindestens einem am Rumpf außen angeordneten Strahltriebwerk ist es nach der Erfindung auch vorgesehen, dass das Strahltriebwerk mittels eines Aktuators relativ zum Rumpf des Kleinflugkörpers verschwenkbar angeordnet ist. Bei einer Ausführung mit vier außen angeordneten Strahltriebwerken können die Strahltriebwerke auch mit den aerodynamischen Finnen mechanisch gekoppelt werden.
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Schließlich ist es nach der Erfindung auch vorgesehen, dass die mindestens eine Tragfläche am Rumpf vorzugsweise klappbar oder im Rumpf versenkbar angeordnet ist. Diese Ausbildung ermöglicht ist, dass der Kleinflugkörper beispielsweise vom Boden aus dem Stand, oder von einem Fahrzeug aus oder von einem anderen Luftfahrzeug aus, aus einem Startrohr abgeschossen werden kann.
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Eine andere besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinrichtung wenigstens drei mittels zumindest eines Aktuators betätigbare Steuerflächen aufweist und dass zumindest ein Strahltriebwerk mechanisch mit den Steuerflächen gekoppelt ist.
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Der Kleinflugkörper zeichnet sich also durch einen modularen Aufbau aus.
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Die Modularität zeigt sich darin, dass der Flugkörper aus drei Hauptmodulen, dem Front-End, einer Antriebseinheit und einer Steuereinheit besteht.
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Im Front-End-Modul befindet sich der Suchkopf, das Gimbalsystem, die IMU, das GPS, der Datenlink, der Videoübertragungssender das Flugführungs-System und das Wirkmittel.
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Im Antriebs-Modul befindet sich die Energieversorgung und mindestens eine Antriebseinrichtung angeordnet.
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Im Steuer-Modul befinden sich Servos, zusätzliche Antriebs- und Steuersysteme, die aerodynamischen Steuerflächen und, soweit vorhanden, die Strahlablenkungsmechanismen.
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Die Erfindung vermeidet unter anderem die Nachteile des eingangs beschriebenen Feststofftriebwerks, die nachstehend wiedergegeben sind:
- • eine benötigte sichere Lagerung
- • geringe Lebensdauer infolge des chemischen Zerfalles des Treibstoffes
- • Rauchsignaturen durch Abbrand
- • starke Hitzeentwicklung und die damit einhergehende Belastung auf angrenzende Bauteile
- • schweres und teures Isolationsmaterial
- • viele sicherheitskritischen Aspekte für den Schützen
- • Explosionsgefahr durch Sensitivität gegenüber Stößen
- • ein Startrohr, das den Schützen vor Abgasstrahl schützt
- • Schwierigkeiten beim Verschuss aus geschlossenen Räumen
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines modularen Kleinflugkörpers nach einer Ausführungsform zur Erläuterung der wesentlichen modularen Komponenten des Kleinflugkörpers;
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2 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 1, die ein im Inneren des Antriebsmoduls angeordnetes Strahltriebwerk und in Axialrichtung dahinter angeordnete Strahlruder im Steuermodul zeigt;
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3 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 1, die ein im Inneren des Kleinflugkörpers angeordnetes Strahltriebwerk und in Axialrichtung dahinter angeordnete Strahlruder zeigt;
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4 eine schematische Darstellung eines Kleinflugkörpers mit einem Antriebs-Modul mit zwei am Rumpf außen angeordneten Strahltriebwerken;
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4A eine Frontansicht des Kleinflugkörpers gemäß 4;
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5 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 2, die ein im Heck des Kleinflugkörpers angeordnetes Strahltriebwerk zeigt und vier Strahltriebwerke im Steuer-Modul mechanisch gekoppelt mit den Finnen;
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5A eine Frontansicht des Kleinflugkörpers gemäß 5;
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6 eine alternative Ausführungsform eines modularen Kleinflugkörpers gemäß der Erfindung;
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6A eine Frontansicht des Kleinflugkörpers aus 6; und
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7 eine weitere alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen modularen Kleinflugkörpers.
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DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Der in 1 dargestellte Kleinflugkörper 1 besitzt ein Antriebs-Modul und mindestens zwei am Rumpf 2 angeordnete Tragflächen 3, wobei bei der dargestellten Ausführungsform insgesamt vier Tragflächen 3 vorgesehen sind, die der Erzeugung von Auftrieb dienen. An jeder Tragfläche kann nach einer modifizierten und nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Ausführungsform ein Strahltriebwerk befestigt sein.
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Wenn nur zwei Tragflächen 3 vorgesehen sind, muss der Kleinflugkörper über einen so genannten „Bank to Turn” Lenkungsmodus in das Ziel geführt werden, bei mehr als drei Tragflächen kann der Kleinflugkörper über einen „Skid to Turn” Modus in das Ziel geführt werden. Es ist dabei zu beachten, dass bei den dargestellten Ausführungsformen die Geometrie und die Anordnung der Tragflächen nur exemplarisch und der Erläuterung halber dargestellt sind und die reale Geometrie und Anordnung aufgrund dynamischer, mechanischer, struktureller und konstruktiver Gesichtspunkte bestimmt wird.
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Der Werkstoff des gesamten Kleinflugkörpers kann metallische Komponenten, einen Faserverbundwerkstoff, expandiertes Polypropylen oder andere Kunststoffwerkstoffe umfassen. Die Tragflächen 3 sind bei allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen im ausgeklappten Zustand gezeigt, es ist aber grundsätzlich vorgesehen, sofern es mechanisch möglich ist, die Tragflächen 3, ebenso wie die im Bereich des Hecks vorgesehenen Steuerflächen 4 im Rumpf 2 versenkbar oder um diesen klappbar vorzusehen. Dadurch kann der Kleinflugkörper 1 aus einem Behälter oder einem richtbaren Startrohr aus verschossen werden.
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Der vordere Bereich ist das Front-End-Modul 31. Die Nase des Kleinflugkörpers 1 weist ein Radom 5 auf, welches den Luftwiderstand des Kleinflugkörpers 1 verringert und die in Achsrichtung dahinter angeordneten Sensorbauteile und Steuereinrichtungen vor Umwelteinflüssen schützt.
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Hinter dem Radom 5 ist vorzugsweise ein abbildender Suchkopf 6 angeordnet, der entkoppelt von der Lage des Kleinflugkörpers 1 mithilfe eines Gimbalplattformsystems 7 das nicht näher dargestellte Ziel anvisieren kann. Ein solches Gimbalplattformsystem 7 kann dann entfallen, wenn das Gesichtsfeld des Suchkopfes 6 entsprechend groß ist oder der Kleinflugkörper dazu vorgesehen ist, von einem anderen Flugkörper von der Luft aus abgeschossen zu werden. Dadurch entfallen die beim Start üblichen hohen Anstellwinkel bei denen typischerweise das Ziel aus dem Gesichtsfeld des Sensors gerät. Der Suchkopf 6 kann im Infrarotbereich oder auch im sichtbaren Bereich arbeiten, statt des abbildenden Suchkopfes 6 kann auch eine Radareinrichtung oder eine andere nicht-abbildende Sucheinrichtung, wie ein SAL (semi-active Laser) vorgesehen sein. Die Informationen des Suchkopfes 6 werden an das Gimbalplattformsystem 7 oder ein anderes Peilsystem weitergegeben, dessen Aufgabe es ist, das Ziel zu identifizieren, es zu verfolgen und für ein Flugführungs-System 8 aufbereitete Daten zur Verfügung zu stellen.
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Der Kleinflugkörper 1 besitzt einen Datenlink 9, mit dem Daten und Kommandos aus einer nicht näher dargestellten Bedienstation zum Kleinflugkörper 1 und auch Telemetriedaten vom Kleinflugkörper 1 zu der Bedienstation übertragen werden können. Darüber hinaus ist auch ein Videoübertragungssender 10 vorgesehen, der es ermöglicht, die vom Suchkopf 6 erzeugten Bilder an die Bedienstation oder eine Bodenstation zu übertragen. Dadurch kann ein nicht näher dargestellter Benutzer, bei dem es sich um einen Schützen handeln kann, sowohl vor dem Start des Kleinflugkörpers 1 als auch nach dem Start mithilfe des Gimbalsystems 7 und des Datenlinks 9 die Sichtrichtung bis zu 90° verändern und ein Ziel identifizieren und markieren.
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Hier zahlt sich ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Kleinflugkörpers aus, nämlich der veränderbare Antriebsschub des eingesetzten Strahltriebwerks. Die Zeitdauer nämlich, in der der vorstehend erwähnte Einweisvorgang erfolgen muss, kann durch eine Verringerung des Antriebsschubs des Strahltriebwerks verlängert werden, so dass dem Schützen mehr Zeit für den vorstehend erwähnten Vorgang zur Verfügung steht.
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Der Kleinflugkörper 1 weist eine nicht näher dargestellte Inertial Measurement Unit (IMU) 8 auf, die drei orthogonale Drehratensensoren und drei orthogonale Beschleunigungsmesser sowie drei Magnetometer aufweist. Die IMU 8 kann auf der Technologie mikro-elektromechanischer-Systeme basieren und hat die Aufgabe, einem unterlagerten Lageregelungskreis Informationen zur Stabilisierung zu liefern und dem aus der Peilung gelieferten Peilwinkel einen inertialen Bezug zur Verfügung zu stellen.
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Über ein ebenfalls nicht näher dargestelltes, satellitengestütztes Ortungssystem mit Antenne kann eine Positionsbestimmung erfolgen, um den Kleinflugkörper 1 auf einer vorher berechneten Flugbahn zu halten. Damit kann der Kleinflugkörper 1 in ein definiertes Zielgebiet geführt werden, sobald der Schütze das Ziel des abbildenden Suchkopfes 6 sieht, kann er das Ziel identifizieren und markieren. Dann beginnt der Zielanflug, während dem der Kleinflugkörper 1 die weitere Zielverfolgung, bis es zur Kollision kommt, autonom übernimmt.
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Der Kleinflugkörper 1 weist ein Staurohr 11 auf, welches der Messung der Anströmungsgeschwindigkeit und der Ermittlung der adaptiven Kreisverstärkung für das vorstehend erwähnte Flugführungs-System 8 dient.
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Die Daten aller sensorischen Einrichtungen und Informationen aus dem bidirektionalen Datenlink 9 werden in dem Flugführungs-System 8 verarbeitet und dieses stellt die Steuerkommandos für das oder die näher anhand von 2 bis 4 ersichtlichen Strahltriebwerke 12 bereit. Es sei bereits an dieser Stelle erwähnt jede der dargestellten Ausführungsformen auch mehr als ein Strahltriebwerk 12 besitzen kann.
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Die von dem Flugführungs-System 8 bereitgestellten Steuerkommandos dienen auch der Ansteuerung von näher anhand von 2, 3 und 4 der Zeichnung ersichtlichen Aktuatoren 13, die zur Betätigung der Steuerflächen 4, der schublenkenden Steuerflächen 14 und der Drehbetätigung sowie Lageveränderung von an den Finnen außen angeordneten Strahltriebwerken 12, wie in 4 und 5 ersichtlich, dienen.
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Der Kleinflugkörper 1 besitzt darüber hinaus ein Wirkmittel 15. Dieses kann sowohl nicht letal (Tränengas, Betäubungsgas, Rauchgranate, Blendgranate) als auch letal (Sprengstoff) sein. Welches beispielsweise der Bekämpfung von Personen oder leicht gepanzerten Fahrzeugen dient.
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Die in 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen eines Kleinflugkörpers 1 werden nachfolgend anhand von dort näher gezeigten Einrichtungen und Komponenten erläutert, im übrigen besitzen die dort dargestellten Ausführungsformen des Kleinflugkörpers 1 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnete Bauteile, zu deren Erläuterung auf die Beschreibung von 1 verwiesen wird.
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Der in 2 der Zeichnung dargestellte Kleinflugkörper 1 besitzt einen in Längsachsrichtung des Rumpfes 2 vor den Tragflächen 3 angeordneten trichterförmigen Lufteinlauf 16, der in einen Lufteinlasskanal 17 mündet, mit welchem dem Strahltriebwerk 12 Luft aus der Umgebung zugeführt werden kann.
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Das Strahltriebwerk 12 ist bei der in 2 dargestellten Ausführungsform in einem Strömungskanal 18 koaxial zur Längsmittelachse des Rumpfes 2 angeordnet. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um ein elektrisch betriebenes Strahltriebwerk 12 mit einem rohrförmigen Mantelring 19, der einen Rotor 20 und mehrere daran angeordnete Propeller einschließt. Der Rotor 20 wird von einem nicht näher dargestellten elektrischen Motor angetrieben und beschleunigt so die über den Lufteinlauf 16 anströmende Luft. Aufgrund des vom Mantelring 19 gebildeten Gehäuses sind bei dem Strahltriebwerk 12 Schubverluste infolge von Verwirbelungen an den Blattspitzen gegenüber einem Propellertriebwerk deutlich reduziert. Das Strahltriebwerk 12 ist in einem Antriebsmodul 32 des modularen Kleinflugkörpers 1 angeordnet, die Steuerung erfolgt über nachfolgend beschriebene Einrichtungen in einem Steuermodul 33 des Kleinflugkörpers 1. Als Energiespeicher kann ein in den Zeichnungen nicht näher dargestellter Akkumulator und/oder ein Kraftstofftank vorgesehen sein, der in die Struktur des Rumpfes 2 des Kleinflugkörpers integriert vorgesehen sein kann.
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Durch eine Veränderung des Gehäusequerschnitts können der Druck und die Geschwindigkeit der Strömung an den Bedarf des antreibenden Motors angepasst werden. Die Drehzahl des Motors wird von einem nicht näher dargestellten Drehzahlregler geregelt.
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Bei dem in 3 der Zeichnung dargestellten Strahltriebwerk 12 handelt es sich um ein mit Brennstoff, beispielsweise Kerosin, betriebenes Strahltriebwerk 12, welches über die in 3 ebenfalls dargestellten, am Umfang des Rumpfes 2 verteilt angeordneten Lufteinläufe 16 mit Luft versorgt wird
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Die in 2 dargestellte Ausführungsform des Kleinflugkörpers 1 besitzt zusätzlich zu den außen angeordneten Steuerflächen 4 schublenkende Steuerflächen 14, mittels denen der aus dem Strahltriebwerk 12 austretende Luftstrom zur Beeinflussung der Flugbahn des Kleinflugkörpers 1 abgelenkt werden kann. Die durch den Lufteinlauf strömende Luft wird dem Strahltriebwerk 12 zugeführt, dort beschleunigt, und durch den in Axiallängsrichtung des Rumpfes 2 hinter dem Strahltriebwerk 12 angeordneten Strömungskanal ausgestoßen und erzeugt auf diese Weise einen Antriebsschub für den Kleinflugkörper 1 in Longitudinalrichtung.
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Die Steuerung der Momente für die Lageregelung erfolgt bei der in 2 dargestellten Ausführungsform sowohl über die außen liegenden Steuerflächen 4 als auch die innenliegenden, schublenkenden Steuerflächen 14. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform erfolgt diese Regelung über die außen angeordneten Steuerflächen oder Finnen 4. In 5 sind an den Finnen noch zusätzliche Antriebssysteme vorgesehen, die mit den Finnen mechanisch gekoppelt sind. Dieses hat den Vorteil, dass auch im Stand der Flugkörper durch diese Anordnung noch steuerbar bleibt. Alle dargestellten Ausführungsformen weisen jeweils vier außen liegende Steuerflächen 4 auf, um auch beim Ausfall einer der Steuerflächen durch ihre Redundanz die Steuerbarkeit des jeweiligen Kleinflugkörpers 1 durch die übrigen drei Steuerflächen 4 oder Finnen zu gewährleisten.
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Die in 2 dargestellten innenliegenden, schublenkenden Steuerflächen 14 besitzen darüber hinaus den Vorteil, dass sie aufgrund ihrer Anordnung im Strömungskanal stromabwärts des Strahltriebwerks 12 auch bei niedriger Anströmungsgeschwindigkeit des Kleinflugkörpers 1 für eine gute Steuerbarkeit sorgen, da sie im Fluidstrom hinter dem Strahltriebwerk 12 als Strahlruder wirken. Die Steuerflächen 14 sind im Strömungskanal weit hinten im Bereich von dessen Ende angeordnet, um eine Ablenkung des Luftstrahls ohne Verwirbelungen zu erreichen. Die innen liegenden Steuerflächen 14 können beispielsweise ferngesteuert abgeworfen werden, was den Vorteil hat, dass dann, wenn der Kleinflugkörper 1 eine ausreichend hohe Geschwindigkeit erreicht hat, die durch die Steuerflächen 14 bedingten Strömungsverluste sinken und eine entsprechend hohe Anströmung der außen liegenden Steuerflächen 14 für eine gute Steuerbarkeit des Kleinflugkörpers 1 sorgt.
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Die Steuerflächen 4, 14 werden über jeweilige Aktuatoren 13 jeweils paarweise angesteuert. Die Koordination der Aktuatoren 13 wird von dem Flugführungssystem 8 übernommen.
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Bei der in 3 oder 4 dargestellten Ausführungsform des Kleinflugkörpers 1 kann die Richtung des Auslasskanals 22 durch eine mechanische Gimbalvorrichtung, die in den Zeichnungen nicht näher dargestellt ist, optional verändert werden.
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Zu diesem Zweck kann ein flexibler Werkstoff am Endbereich des Rumpfes 2 im Bereich des Auslasskanals 22 zum Einsatz kommen, über dessen Auslenkung eine Schubvektorsteuerung realisiert werden kann. Auf diese Weise kann eine Steuerbarkeit des Kleinflugkörpers 1 auch ohne Anströmungsgeschwindigkeit in der Nickachse und Gierachse erreicht werden. Zu diesem Zweck können am Kleinflugkörper 1 nicht näher dargestellte Aktuatoren vorgesehen sein, die eine Verstellung des Auslasskanals 22 zulassen.
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Die in 4 und 4A dargestellte Ausführungsform des Kleinflugkörpers 1 besitzt zwei außen am Rumpf 2 angeordnete Strahltriebwerke 12, die mittels einer lediglich schematisch dargestellten kardanischen Aufhängung 24 am Rumpf 2 befestigt sein können. Die beiden Strahltriebwerke 12 erzeugen Antriebsschub und einen austretenden Luftstrom, der über die Steuerflächen 4 strömt. Auf diese Weise ist eine Steuerbarkeit des Kleinflugkörpers 1 auch im Stand oder Schweben ohne Eigengeschwindigkeit in der Nickachse und Gierachse möglich. Diese Ausführungsform kann auch vier Strahltriebwerke 12 aufweisen. Ein Beispiel einer solchen Konfiguration ist in 5 der Zeichnung dargestellt. Neben dem im Rumpf 2 angeordneten Strahltriebwerk 2 besitzt die in 5 dargestellte Ausführungsform noch vier weitere, jeweils an den heckseitigen Steuerflächen 4 angeordnete Strahltriebwerke 12.
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5 zeigt deutlich den modularen Aufbau des erfindungsgemäßen Kleinflugkörpers mit einem vorderen Front-End-Modul, einem mittleren Antriebs-Modul und einem im Heckbereich des Flugkörpers vorgesehenen Steuer-Modul. Dabei sind die einzelnen Module in der Darstellung von 5 voneinander separiert dargestellt, um die Module besser zeigen zu können. Im Beispiel der 5 ist der Kleinflugkörper mit einem im Antriebsmodul vorgesehenen zentralen Strahltriebwerk 12 sowie vier an jeweils einem Ende der Steuerflächen 4 vorgesehenen Strahltriebwerken 12A versehen, mittels derer eine Schubvektorsteuerung möglich ist. Zusätzlich kann der Abgasstrahl des zentralen, im Antriebs-Modul vorgesehenen Strahltriebwerks 12 durch eine im Abgaskanal 18 vorgesehene schublenkende Steuerfläche 14 zu Steuerung des Kleinflugkörpers ausgelenkt werden.
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Eine weitere alternative modulare Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kleinflugkörpers ist in 6 dargestellt. Auch hier sind ein vorderes Front-End-Modul, ein mittleres Antriebs-Modul und ein rückwärtiges Steuer-Modul vorgesehen. Das mittlere Antriebsmodul ist mit vier rechtwinklig zueinander angeordneten Tragflächen 3 versehen, an deren Flügelwurzeln im Rumpf ein jeweiliger Treibstofftrank 23 oder Akkumulator vorgesehen ist und an deren jeweiligem freien Ende ein Strahltriebwerk 12B vorgesehen ist. Das Steuermodul ist mit vier in gleicher Weise wie die Tragflächen 3 ausgerichteten Steuerflächen 4 versehen, die jeweils zumindest mit einem Steuerflächenbereich im Abgasstrahl eines zugeordneten Strahltriebwerks 12B liegen und die vom jeweiligen Abgasstrahl angeströmt und/oder umströmt werden.
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Eine dritte Variante des modularen Aufbaus des erfindungsgemäßen Kleinflugkörpers ist in 7 gezeigt. Auch hier sind wieder ein vorderes Front-End-Modul, ein mittleres Antriebs-Modul und ein hinteres Steuer-Modul vorgesehen. Das mittlere Antriebs-Modul dieser Ausführungsform entspricht dem mit einem zentralen Strahltriebwerk 12 versehenen Antriebs-Modul der Ausführungsform nach 5 mit einem zentral im Rumpf vorgesehenen Treibstofftank oder Akkumulator 23'. Das heckseitige Steuer-Modul entspricht im Prinzip ebenfalls dem Steuer-Modul der Ausführungsform aus 5, wobei jedoch im Ausführungsbeispiel der 7 keine zusätzlichen Strahltriebwerke an den freien Enden der Steuerflächen 4 vorgesehen sind. Die Steuerung erfolgt bei diesem Kleinflugkörper somit lediglich durch die an den Steuerflächen 4 angreifende aerodynamische Wirkung sowie durch die Umlenkung des Abgasstrahls des zentralen Strahltriebwerks 12 mittels der schublenkenden Steuerfläche 14 im Abgas-Strömungskanal 18.
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Der erfindungsgemäße Kleinflugkörper zeichnet sich durch eine hohe Steuerbarkeit um alle drei Achsen aus. Eine hohe Rollsteuerbarkeit ist insbesondere bei abbildenden Suchköpfen von Bedeutung. Bei einer Ausführungsform des Kleinflugkörpers mit einer Schubvektorsteuerung ist eine hohe Steuerbarkeit auch bei geringer oder ohne Anströmungsgeschwindigkeit möglich. Dadurch wird ein selbstständiger Start vom Boden aus oder ein einfacher Schwebeflug ermöglicht.
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Die Stabilität eines Flugkörpers gegenüber Störungen hängt in großem Maße davon ab, wie groß die Störkräfte im Verhältnis zu den Steuerkräften sind. Um die Stabilität des Flugkörpers zu erhöhen, kann die Geschwindigkeit erhöht werden, im vorliegenden Fall ermöglichen es das eingesetzte oder die eingesetzten Strahltriebwerke, die Geschwindigkeit gegenüber einem mit Propellerantrieb betriebenen Kleinflugkörper deutlich zu erhöhen, was auch wiederum dadurch ausgenutzt werden kann, die Auftriebsflächen zu verkleinern. Damit wird die von Windkräften beeinflussbare Fläche des Kleinflugkörpers verringert und somit wiederum seine Stabilität erhöht.
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Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kleinflugkörper
- 2
- Rumpf
- 3
- Tragfläche
- 4
- Steuerfläche
- 5
- Radom
- 6
- Suchkopf
- 7
- Gimbalsystem
- 8
- Flugführungs-System und Inertial Measurement Unit und GPS
- 9
- Datenlink
- 10
- Videoübertragungssender
- 11
- Staurohr
- 12
- Strahltriebwerk
- 12A
- Strahltriebwerk
- 12B
- Strahltriebwerk
- 13
- Aktuator
- 14
- schublenkende Steuerfläche
- 15
- Wirkmittel
- 16
- Lufteinlauf
- 17
- Lufteinlasskanal
- 18
- Strömungskanal
- 19
- Mantelring
- 20
- Rotor
- 22
- Auslasskanal
- 23
- Treibstofftank/Akkumulator
- 23'
- Treibstofftank/Akkumulator
- 24
- Aufhängung
- 31
- Front-End-Modul
- 32
- Antriebsmodul
- 33
- Steuermodul
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007012799 B3 [0003]
