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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft einen Klappflügel für einen Flugkörper sowie einen Flugkörper mit mindestens einem daran angeordneten Klappflügel.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zur raumsparenden Lagerung von Flugkörpern in einer Abschussvorrichtung wird diese oftmals derart gestaltet, dass ein gebildeter Innenraum Flugkörper nur mit angeklappten Trag- oder Leitwerksflügeln aufnimmt. Nach dem Start der Flugkörper sollen sich dessen Flügel entfalten bzw. in eine gewünschte Gebrauchsstellung begeben.
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Im Stand der Technik sind eine Reihe von verschiedenen Klappflügeln bekannt. Beispielsweise zeigt
EP 2 083 238 B1 einen Klappflügel , der aus einer Flügelwurzel, einer inneren und einer äußeren Flügelfläche besteht, wobei die Flügelwurzel mit einem Rumpf des Flugkörpers über eine Dreheinrichtung verbunden ist. Über einen in den Klappflügel integrierten Mechanismus mit Umlenkrollen und einem Zugseil erfolgt eine Entfaltung des Klappflügels.
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EP 1 855 076 B1 offenbart Wickelflügel für einen Flugkörper, die wurzelseitig im Bereich der Außenfläche des Flugkörpers um in Flugrichtung liegende Achsen drehbar gelagert sind und mittels eines Antriebs in eine Arbeitsposition übergehen.
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Die
US 3 650 496 A beschreibt einen Klappflügel für einen Flugkörper mit einer Flügelwurzel und einem Flügeloberteil, wobei das Flügeloberteil mittels einer durch eine Feder vorgespannten Dreigelenkskinematik aus einer Verstaustellung in eine Arbeitsstellung verschwenkbar ist, wobei in der Arbeitsstellung ein Endbereich des Flügeloberteils in einer Aufnahmenut der Flügelwurzel aufgenommen ist.
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Die
WO 2009/107126 A1 beschreibt einen Klappflügel, der mittels einer Feder in eine Gebrauchsstellung bewegbar ist, wobei der Klappflügel um eine sich senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Flügels erstreckende Achse verschwenkt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Klappflügel für einen Flugkörper vorzuschlagen, der mechanisch besonders robust, zuverlässig und gleichzeitig mechanisch einfach ist und sich einfach an verschiedene Flugkörper adaptieren lässt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Klappflügel für einen Flugkörper mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch einen Flugkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Es wird ein Klappflügel für einen Flugkörper vorgeschlagen, der eine Flügelwurzel, ein relativ zu der Flügelwurzel klappbares Flügeloberteil, mindestens eine Führungseinrichtung und ein elastisch vorgespanntes Kraftelement aufweist. Das klappbare Flügeloberteil weist eine Endkante und einen Profilfuß auf. Die Flügelwurzel weist eine Basis und eine hierzu gegenüberliegende Aufnahmenut auf, die zur flächenbündigen Aufnahme des Profilfußes mit diesem zumindest in einem Nutgrund korrespondierend ausgestaltet ist und von zwei Begrenzungskanten begrenzt wird, die einen Abstand zueinander aufweisen, der mindestens der maximalen Profildicke des Profilfußes entspricht. Die mindestens eine Führungseinrichtung ist an einem des Flügeloberteils und der Flügelwurzel angeordnet und dazu eingerichtet, das Fußprofil in einem variablen Abstand zu dem Nutgrund der Aufnahmenut zu führen. Das elastisch vorgespannte Kraftelement ist mit der Flügelwurzel und dem Flügeloberteil gekoppelt und drängt das Flügeloberteil durch die Vorspannung in die Aufnahmenut.
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Die Flügelwurzel des Klappflügels ist ein innerer Teil des Klappflügels, der mit dem Rumpf des Flugkörpers verbunden ist oder hiervon ein integrales Bauteil bildet. Die Flügelwurzel weist eine Basis mit einer Basiskontur und/oder einer Auflagefläche auf, die bündig an den Rumpf anschließt. Die Flügelwurzel kann ein massives oder hohles Bauteil sein, in dem bedarfsweise Verstärkungsstrukturen angeordnet sind. Durch die Flügelwurzel können Kabelkanäle verlaufen, wodurch der Klappflügel die zusätzliche Funktion der Kabelführung oder -überdeckung übernehmen kann. Grundsätzlich können unterschiedliche Werkstoffe eingesetzt werden, mit denen durch verschiedene Fertigungsverfahren eine Flügelwurzel herstellbar ist. Die Fertigungsverfahren können spanabhebende Verfahren, Guss- oder Spritzguss-verfahren, spanlose Umformverfahren und 3D-Druck einschließlich SLM-Verfahren umfassen, ebenso Präzisionsstrangpressen.
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Das klappbare Flügeloberteil ist als eine äußere Flügelfläche anzusehen und bildet zusammen mit der Flügelwurzel in einem ausgeklappten Zustand einen vollständigen Flügel. Die Form des Flügeloberteils sollte sich daher, wenn der Profilfuß bündig in der Aufnahmenut liegt, im Wesentlichen bündig an die Form der Flügelwurzel anschließen. Bedingt durch die Klappfunktion ist ein insbesondere parallel zur Flugrichtung des Flugkörpers liegender Spalt zwischen den beiden Flügelteilen hinnehmbar, sofern die Flanken der Nut und des Profilfußes des Flügeloberteils mit parallelen Flanken gestaltet sind. Bei der Bildung einer Paarung von Profilfuß und Nut mit konisch verlaufenden Flanken tritt ein solcher Spalt nicht auf. Der Profilfuß kann sowohl gewölbt als auch zumindest teilweise eckig ausgestaltet sein. Der Profilfuß des Flügeloberteils sollte derart gestaltet und entsprechend mit einer Wölbung versehen sein, dass beim Einschwenken in die Nut der Flügelwurzel keine Kollision oder Anstreifen erfolgen kann.
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Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Klappflügels liegt in der mechanisch sehr einfachen, dennoch zuverlässigen und ein geringes Gewicht aufweisenden Ausführung eines Klappmechanismus. Die Aufnahmenut ist derart dimensioniert, dass das klappbare Flügeloberteil mit dem Profilfuß in einer Arbeitsstellung, bei der der Klappflügel ausgeklappt ist, zumindest von dem Nutgrund flächenbündig aufgenommen wird. Aufgrund der mit der Geometrie einhergehenden Hebelverhältnisse ist keine zusätzliche Sicherungseinrichtung nötig, die ein Einklappen des Flügels während des Fluges verhindert. Der Profilfuß kann nicht ohne weiteres nach dem Ausklappen wieder aus der Aufnahmenut heraus gelöst werden. Insbesondere kann dies nicht durch Abrollen einer Oberfläche des Flügeloberteils auf einer der beiden Begrenzungskante geschehen, sondern nur durch das radiale Herausziehen aus der Nut, bis das Abrollen überhaupt erst möglich wird und sich die dem Profilfuß gegenüber liegend angeordnete Endkante des Flügeloberteils radial der Flügelwurzel bzw. dem mit der Flügelwurzel in Verbindung stehenden Rumpfoberfläche annähert. Durch die Wahl eines mit den kann zudem Selbsthemmung nach dem vollständigen Öffnen bzw. Ausklappen des Werkstoffreibbeiwerten und Oberflächenrauigkeiten korrespondierenden Flankenwinkels Flügels erreicht werden. Weist der Profilfuß insbesondere eine kontinuierliche Krümmung auf, die beispielsweise einem konstanten Krümmungsradius entspricht, kann sich der Profilfuß während einer Klappbewegung stets an beiden Begrenzungskanten abstützen, wobei während der Klappbewegung der Profilfuß sanft in die oder aus der Aufnahmenut geführt wird.
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Das elastisch vorgespannte Kraftelement dient zur Ausübung einer Kraft auf den Profilfuß, so dass dieser stets in die Aufnahmenut gedrängt wird. Durch die Bemessung des Abstandes zwischen den Begrenzungskanten und insbesondere durch die Formgebung der Aufnahmenut erfolgt durch das Hineindrängen demnach eine dauerhafte Tendenz zur Aufrichtung des Flügeloberteils. Die Position, Anlenkung und Art des vorgespannten Kraftelements ist zunächst unerheblich, denn sowohl das Drücken des Profilfußes in die Aufnahmenut als auch das Ziehen des Profilfußes in die Aufnahmenut kann zu dem gewünschten Ergebnis führen.
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Das elastisch vorgespannte Kraftelement kann beispielsweise eine Druckfeder, eine Stabfeder (Biegestab), eine Zugfeder, ein elastisches Zugband, beispielsweise aus einem gummiartigen Material, ein Zugseil mit einer daran angeordneten Zugfeder oder Kombinationen hiervon sein. Durch die elastische Vorspannung, die sich als Längenänderung des Kraftelements im elastischen Bereich äußert und dabei das Ziehen oder Stauchen beinhaltet, kann eine dauerhafte Kraftwirkung auf das Flügeloberteil ausgeübt werden.
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Zur Vorgabe einer möglichen Bewegungsbahn des Flügeloberteils und damit eine Beschränkung des Freiheitsgrades des Flügeloberteils zur Steigerung der Zuverlässigkeit der Führungsbewegung des Profilfußes in die Aufnahmenut ist die Führungseinrichtung vorgesehen. Beispielhaft wird eine Bewegungsbahn des Flügeloberteils relativ zu der Aufnahmenut vorgegeben, entlang der sich der Profilfuß bewegen kann und entlang der weiterhin eine freie Rotation des Flügeloberteils erfolgt.
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Zusammenfassend wirken das elastisch vorgespannte Kraftelement, die Führungseinrichtung und die aufeinander abgestimmt gestalteten Komponenten Profilfuß und Aufnahmenut derart zusammen, dass ein besonders einfacher, zuverlässiger und ein geringes Gewicht aufweisender Klappmechanismus für einen Klappflügel eines Flugkörpers gebildet wird, der ein Flügeloberteil automatisch aus einem ausgeklappten Zustand in eine Arbeitsstellung klappt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine Führungseinrichtung als Linearführung ausgeführt. Die Linearführung kann mechanisch sehr einfach durch einen Führungskörper mit einer Lauffläche gestaltet werden, die durch einen Schlitz, eine Nut oder dergleichen realisiert ist, in der eine mit dem Flügeloberteil oder eine mit der Flügelwurzel verbundene Komponente geführt wird. Durch Ausrichten der Lauffläche der Linearführung in im Wesentlichen radialer Richtung kann das elastisch vorgespannte Kraftelement mit einer geringst möglichen Weglänge auf das Flügeloberteil zu dessen Bewegung einwirken.
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Besonders vorteilhaft ist die mindestens eine Führungseinrichtung an mindestens einer Außenfläche der Flügelwurzel angeordnet, die an die Begrenzungskanten angrenzt und zu einer von den Begrenzungskanten aufgespannten Ebene senkrecht verläuft. Es ist zudem bevorzugt, wenn an beiden Außenflächen der Flügelwurzel eine Führungseinrichtung angeordnet ist und ein Flügeloberteil ohne Gefahr einer Verkantung geführt wird. Da der Profilfuß in einem weggeklappten Zustand des Flügeloberteils aus der Aufnahmenut herausrutscht, sollte sich die mindestens eine Führungseinrichtung über die Höhe der Flügelwurzel hinaus erstrecken.
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Es ist günstig, wenn der Profilfuß an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen jeweils einen vorspringenden Eingriffskörper aufweist, der mit der mindestens einen Führungseinrichtung in Eingriff bringbar ist. Die Eingriffskörper können Zapfen, Stifte, die Enden einer durchgehenden Achse oder ähnliches umfassen und sich durch Schlitze der mindestens einen Führungseinrichtung hindurch erstrecken oder in Nuten der Führungseinrichtungen laufen. Durch das Einwirken des elastisch vorgespannten Kraftelements kann folglich der Profilfuß sehr leicht entlang der mindestens einen Führungseinrichtung linear geführt werden. Ein vorspringender Eingriffskörper kann zur Sicherung vor Herausrutschen insbesondere bei Verwendung einer einen Schlitz aufweisenden Führungseinrichtung ein Sicherungselement aufweisen, welches an dem Ende des Eingriffskörpers positionierbar ist. Alternativ dazu kann der Eingriffskörper einen Steg, einen Absatz oder ein anderes geeignetes Formmerkmal besitzen, das mit einem korrespondierenden Formmerkmal der Führungseinrichtung zusammenwirkt.
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Das elastisch vorgespannte Kraftelement ist insbesondere mindestens ein elastisches Zugelement, welches (gleichzeitig) mit der Flügelwurzel und den Eingriffskörpern des Profilfußes mechanisch gekoppelt ist. Beispielhaft kann an jeder Seitenfläche der Flügelwurzel mindestens eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen eines elastischen Zugelements angeordnet sein, wobei sich das elastische Zugelement von der Aufnahmeeinrichtung zu dem jeweiligen Vorsprung erstreckt. In diesem Fall kann das elastische Zugelement als bandartiges Element, als Zugfeder oder als Zugseil in Kombination mit einer Zugfeder ausgestaltet sein.
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Erfindungsgemäß ist das vorgespannte Kraftelement zumindest teilweise bandartig ausgeführt und erstreckt sich durch mindestens eine Durchgangsöffnung von einer Seitenfläche der Flügelwurzel zu einer gegenüberliegenden Seitenfläche der Flügelwurzel erstrecken und ist im Bereich der beiden Seitenflächen mit dem Profilfuß gekoppelt. Insbesondere kann es sich anbieten, ein Zugelement mit einem geschlossenen Umfang zu verwenden, bei dem zwei Endschlaufen geformt um jeweils einen Eingriffskörper gelegt wird und zwei dazwischen liegende Bandabschnitte durch eine oder zwei Durchgangsöffnungen der Flügelwurzel geführt werden. Durch die Vorspannung ist das Zugelement bestrebt, sich zu verkürzen, so dass eine Zugkraft auf die Eingriffskörper ausgeübt wird und der Profilfuß folglich in die Aufnahmenut gedrängt wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Aufnahmenut zumindest teilweise konische Flanken auf, die dazu eingerichtet sind, das Flügeloberteil spielfrei in der Aufnahmenut der Flügelwurzel zu führen oder zu verklemmen. Hierbei ist jedoch bei der Auslegung der gesamten Dimensionen der Aufnahmenut darauf zu achten, dass entsprechende Flankenwinkel und Reibfaktoren so gewählt werden, dass sich der Klappflügel unter einer auftretenden Querbelastung nicht entriegeln kann.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Flugkörper mit einem Rumpf und mindestens einem daran angeordneten, vorangehend beschriebenen Klappflügel.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
- 1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Klappflügels in einer isometrischen Darstellung.
- 1b zeigt ein Ausführungsbeispiel der Flügelwurzel in einer isometrischen Darstellung.
- 2 zeigt die einsetzende Bewegung eines Flügeloberteils beim Entfaltvorgang.
- 3 zeigt den Klappflügel aus 1 und 2 in einer Schnittdarstellung.
- 4a und 4b zeigen alternative Kraftelemente.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1a zeigt eine isometrische Darstellung eines Klappflügels 2 mit einer Flügelwurzel 4 und einem hierzu klappbaren Flügeloberteil 6, das eine von der Flügelwurzel 4 abgewandte Endkante 8 und einen beispielhaft durchgehend gewölbten Profilfuß 10 aufweist. Die Flügelwurzel 4 besitzt eine Aufnahmenut 12, welche zwischen zwei Begrenzungskanten 14 und 16 angeordnet ist und zumindest in einem Nutgrund 13 korrespondierend mit dem Profilfuß 10 ausgestaltet ist. An Seitenflächen 18 und 20, die senkrecht zu einer von den Begrenzungskanten 14 und 16 aufgespannten Ebene liegen und zwischen denen die Begrenzungskanten 14 und 16 verlaufen, sind Führungseinrichtungen 22 und 24 angeordnet. Diese definieren eine Bewegungsbahn senkrecht zu einer Basis 26 der Flügelwurzel 4 und damit radial zu einem an die Basis 26 anschließenden Rumpf (nicht gezeigt). Entlang der Bewegungsbahnen, die sich beispielhaft durch senkrecht zu der Basis 26 verlaufende Schlitze 28 und 30 ergeben, werden Eingriffskörper 32 und 34 des Profilfußes 10 geführt, die dort jeweils von einer Seitenfläche 33 exemplarisch senkrecht vorspringen.
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Der lichte Abstand zwischen den Begrenzungskanten 14 und 16 entspricht mindestens der maximalen Profildicke 36 des Profilfußes 10, so dass der Profilfuß 10 durch die Begrenzungskanten 14 und 16 von außen in die Aufnahmenut 12 hineingeraten kann und von dort auch wieder herausgezogen werden könnte.
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1a zeigt das Flügeloberteil 6 in einem weggeklappten Zustand, in dem der den Klappflügel 2 tragende Flugkörper platzsparend verstaubar ist. In diesem Zustand ist die Skelettlinie 38 des Flügeloberteils 6 in einem Winkel zu einer Skelettlinie 40 der Flügelwurzel 4 angeordnet. Der Profilfuß 10 liegt dann nicht in der Aufnahmenut 12, stattdessen liegt eine Oberfläche 42 des Flügeloberteils 6 auf der Begrenzungskante 14 auf.
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Die Flügelwurzel 4 weist exemplarisch zwei Durchgangsöffnungen in Form von durchgehenden Bohrungen 44 und 46 auf, durch die sich ein exemplarisch als Seil ausgeführtes Zugelement 48 erstreckt und über die Eingriffskörper 32 und 34 geführt ist. Im Innern der Flügelwurzel 4 können sich mit dem Zugelement 48 verbundene vorgespannte Kraftelemente in Form von Zugfedern befinden, die die Eingriffskörper 32 entlang des Schlitzes 28, 30 zu der Aufnahmenut 12 ziehen, so dass der Profilfuß 10 dort hinein gedrängt wird. Hierbei „rollt“ das Flügeloberteil 6 über die Begrenzungskante 14 in die Aufnahmenut 12 hinein, so dass sich das Flügeloberteil 6 nach und nach aufrichtet, bis dessen Skelettlinie 38 schließlich kontinuierlich in die Skelettlinie 40 der Flügelwurzel 4 übergeht.
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1b stellt eine exemplarisch einteilig ausgeführte Flügelwurzel 4 dar, die beispielsweise durch Präzisionsstrangpressen hergestellt ist und unterhalb des Nutgrundes 13 eine Verstärkungsrippe 15 aufweist. Das an der Seitenfläche 18 ersichtliche Profil kann sich kontinuierlich über die gesamte Flügelwurzel 4 erstrecken. Der unterhalb des Nutgrunds 13 vorhandene Raum seitlich der Verstärkungsrippe 15 kann unter anderem als Kabelkanal fungieren. Die beispielhaft blechartig ausgeführten Führungseinrichtungen 22 und 24, die mit dem Profilquerschnitt der Seitenflächen 18 und 20 korrespondieren, können durch Kleben, Schweißen, Schrauben oder andere kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindungsverfahren an der Flügelwurzel 4 angeordnet werden.
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2 zeigt eine Schnittansicht, in der insbesondere Zugfedern 50 ersichtlich sind, welche mit dem Zugelement 48 verbunden sind. Die Eingriffskörper 32 können, wie in 2 gezeigt, auch Enden einer durchgehenden Achse 52 sein, die mit Sicherungsstiften, Bünden oder dergleichen (nicht gezeigt) vor dem Herausrutschen geschützt ist. Sollte der unterhalb des Nutgrunds 13 vorhandene Raum der Flügelwurzel 4 nicht als Kabelkanal genutzt werden, könnte auch dort die Anordnung des Zugbandes 48 sowie der Zugfedern 50 erfolgen.
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In 3 wird lediglich schematisch der Vorgang des Aufrichtens des Flügeloberteils 6 gezeigt, bei dem der Eingriffskörper 32 in Richtung der Basis 26 gezogen wird und hierdurch der Profilfuß 10 in die Aufnahmenut 12 bewegt wird. Hierdurch erfolgt nach und nach eine formschlüssige Verbindung, die durch die permanente Krafteinleitung des Zugbandes 48 gehalten wird.
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Die 4a und 4b zeigen eine Abwandlung mit direkt wirkenden Zugelementen 54 (4a) und 56 (4b), wobei je nach Abstand zwischen Aufnahmepunkten 58 und Vorsprüngen 32 eine unterschiedliche Anzahl von Zugelementen 54 einsetzbar wären. Dies kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn ausreichend Bauraum an der Außenseite der Flügelwurzel 4 vorhanden ist.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt, und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Klappflügel
- 4
- Flügelwurzel
- 6
- Flügeloberteil
- 8
- Endkante des Flügeloberteils
- 10
- Profilfuß des Flügeloberteils
- 12
- Aufnahmenut der Flügelwurzel
- 13
- Nutgrund
- 14, 16
- Begrenzungskanten
- 15
- Verstärkungsrippe
- 18, 20
- Seitenfläche der Flügelwurzel
- 22, 24
- Führungseinrichtung
- 26
- Basis der Flügelwurzel
- 28, 30
- Schlitz
- 32, 34
- Eingriffskörper
- 33
- Seitenfläche
- 36
- Profildicke des Profilfußess
- 38
- Skelettlinie des Flügeloberteils
- 40
- Skelettlinie des Profilfußes
- 42
- Oberfläche des Flügeloberteils
- 44, 46
- Durchgangsöffnung
- 48, 50
- Kraftelement; Zugband; Zugfeder
- 54, 56
- Zugelement
- 52
- Achse
- 58
- Aufnahmepunkte
