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Die Erfindung betrifft einen Lenkflugkörper mit mehreren mittels einer Antriebsanordnung steuerbaren Flügeln mit einem drehbaren Rotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Die Flügel sind mittels der Antriebsanordnung steuerbar. Die Flügel sind drehfest mit jeweils einer Flügelwelle verbunden, wobei mit der Flügelwelle ein Antriebsrad drehfest verbunden ist. Die Antriebsanordnung weist einen drehbaren Rotor auf.
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Der Lenkflugkörper ist mit einem eigenen Antrieb ausgebildet, wobei der Lenkflugkörper während des Fluges selbsttätig oder von einem Dritten gelenkt und gesteuert werden kann. Der Lenkflugkörper ist insbesondere als Lenkwaffe bzw. als Lenkrakete ausgebildet. Zur Steuerung des Lenkflugkörpers bzw. der Lenkrakete werden mindestens drei, insbesondere gleichmäßig um den Umfang des Lenkflugkörpers angeordnete Flügel verwendet. Diese Flügel sind bis zu einem bestimmten Drehwinkel um eine sich senkrecht zur Hülle des Lenkflugkörpers erstreckende Achse mittels einer Antriebsanordnung drehbar. Durch die Drehung sind bestimmte Flugmanöver wie Gieren, Nicken und Rollen ausführbar.
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Aus der gattungsbildenden
US 2005/0150999 A1 ist ein Lenkflugkörper mit vier steuerbaren Flügeln bekannt. Die Flügel sind dabei paarweise zusammen drehbar. Die Flügel sind jeweils um 90° beabstandet um den Umfang des Lenkflugkörpers angeordnet, wobei jeweils gegenüberliegende Flügel ein Flügelpaar bilden. Eine Antriebsanordnung steuert die Flügelpaare über jeweils ein Planetengetriebe, das von je einem Aktuator antreibbar ist. Die beiden Planetengetriebe weisen je ein Sonnenrad auf, das an einem Gehäuse des Lenkflugkörpers befestigt ist. Eine erste Abtriebswelle ist mit dem ersten Flügel und eine zweite Abtriebswelle ist mit dem zweiten Flügel des ersten Flügelpaares verbunden. Ein Aktuator in Form eines Motors treibt jeweils den Planetenträger an. Der Abtrieb erfolgt jeweils über das Hohlrad, wobei die beiden Flügel eines Flügelpaares jeweils in die gleiche Drehrichtung durch das Hohlrad angetrieben werden. Die Antriebsanordnung ist derart ausgestaltet, dass gegenüberliegende Flügel gleichzeitig vom jeweiligen Aktuator gekoppelt in eine Drehrichtung bewegt werden. Es ist auch möglich, mittels der beiden Aktuatoren alle Flügel gleichzeitig zu bewegen, wobei die Flügelpaare dann in verschiedene Richtungen bewegt werden können. Dadurch sind Flugmanöver wie Gieren oder Nicken möglich.
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Der Stand der Technik hat den Nachteil, dass kein Rollen des Flugkörpers möglich ist, da hierzu um 180° entgegengesetzt angeordnete Flügel in unterschiedlichen Drehrichtungen bewegt werden müssten. Die auf die Flügel wirkende Last wird im Stand der Technik ferner durch den Aktuator aufgenommen und gehalten. Der Stand der Technik hat somit den Nachteil, dass eine Kraftrückwirkung auf die Elektromotoren stattfindet.
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Der Stand der Technik hat ferner den Nachteil, dass mindestens zwei starke Elektromotoren nötig sind. Ferner weisen die Systeme aus dem Stand der Technik eine schlechte Dynamik durch das nötige Anlaufen des Elektromotors auf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lenkflugkörper mit einer Antriebsanordnung bereitzustellen, wobei mit dem Lenkflugkörper weitere Flugmanöver wie bspw. ein Rollen ausführbar sind. Weiter soll ein dynamischeres Verstellen der Flügel ermöglicht werden. Auch wird insbesondere nur genau ein starker Elektromotor als Aktuator benötigt.
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Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch einen Lenkflugkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Demnach liegt bei einem Lenkflugkörper mit mehreren steuerbaren Flügeln und mit einer Antriebsanordnung, wobei die Flügel mittels der Antriebsanordnung steuerbar sind, wobei die Flügel drehfest mit einer Flügelwelle verbunden sind, wobei ein Antriebsrad drehfest mit der Flügelwelle verbunden oder gekoppelt ist, wobei das Antriebsrad funktional wirksam von einem Rotor antreibbar ist, dann eine Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe vor wenn der Rotor zwei Wirkbereiche aufweist, wobei das Antriebsrad mittels eines Stellglieds wahlweise mit den Wirkbereichen in Wirkkontakt bringbar ist, wobei das Antriebsrad in eine erste Drehrichtung drehbar ist, wenn das Antriebsrad in Wirkkontakt mit dem ersten Wirkbereich steht, wobei das Antriebsrad in eine zweite Drehrichtung entgegengesetzt zur ersten Drehrichtung drehbar ist, wenn das Antriebsrad in Wirkkontakt mit dem zweiten Wirkbereich steht, wobei das Antriebsrad in einer Zwischenstellung mit keinem der beiden Wirkbereiche zusammenwirkt.
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Es ist vorteilhaft, einen Lenkflugkörper mit einer Antriebsanordnung bereitzustellen, bei welchem alle Flügel einzeln oder gleichzeitig in beliebige Drehrichtung bewegt werden können. Die Flügel sind beliebig steuerbar. Es können somit alle möglichen Flugmanöver einschließlich der Manöver Nicken, Gieren und Rollen ausgeführt werden. Die Wirkbereiche können durch Reibflächen oder durch Verzahnungen gebildet sein, wobei das Antriebsrad entweder eine mit der Reibfläche in Anlage bringbare Lauffläche aufweist, und somit als Antriebsrolle ausbildet ist, oder wobei das Zahnrad eine Verzahnung aufweist, die in die Verzahnung des Wirkbereichs eingreifen kann, wodurch der entsprechende Wirkkontakt hergestellt ist. Wenn ein Wirkkontakt hergestellt ist, wird Drehmoment über die Flügelwelle auf den Flügel übertragen.
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Der Rotor ist Teil eines Elektromotors oder wird funktional wirksam von einem weiteren Elektromotor angetrieben. Der Rotor ist nun wahlweise mit den Flügelwellen koppelbar.
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Der Rotor kann sich insbesondere kontinuierlich in eine Richtung drehen. Dies hat den Vorteil, dass bei Eingreifen des entsprechenden Antriebszahnrads eine Drehmomentübertragung sofort stattfinden kann und die Flügelbewegung insbesondere ohne Anlaufverzögerung stattfindet. Das Dynamikverhalten beim Verstellen der Flügel ist dadurch verbessert. Bei Erreichen der gewünschten Flügelposition wird das Antriebsrad wieder von dem Wirkbereich getrennt. Das entsprechende Antriebsrad kann daher vorzugsweise drei Stellungen einnehmen. Zwei gekoppelte Stellungen, wobei das Antriebsrad entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Wirkbereich zusammenwirkt oder eine Zwischenstellung, wobei das Antriebsrad in dieser Zwischenstellung mit keinem der beiden Wirkbereiche zusammenwirkt.
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Der Rotor ist insbesondere koaxial zur Längssymmetrieachse des Lenkflugkörpers angeordnet. Der Rotor weist insbesondere eine ringförmige Aufnahme auf, wobei das Antriebsrad innerhalb der Aufnahme angeordnet ist. Die Wirkbereiche sind ringförmig an der Aufnahme, nämlich an sich gegenüberliegenden Wänden der Aufnahme, ausgebildet oder angeordnet. Die Wirkbereiche können insbesondere durch zwei Verzahnungen innerhalb der Aufnahme gebildet sein. Die eine Verzahnung weist dabei insbesondere in Flugrichtung des Lenkflugkörpers gesehen nach hinten und die andere Verzahnung der Aufnahme weist in Axialrichtung des Lenkflugkörpers gesehen nach vorne. Dazwischen sind umfänglich beabstandet die Antriebsräder angeordnet. In bevorzugter Ausgestaltung weist sowohl das Antriebsrad als auch der Wirkbereich eine entsprechende Verzahnung auf, die in kämmenden Eingriff miteinander gebracht werden können.
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Die Stellglieder können durch linear in Axialrichtung wirkende Aktuatoren gebildet sein, wobei die Flügelwellen zumindest teilweise in Axialrichtung des Lenkflugkörpers zusammen mit dem Antriebsrad mittels der Stellglieder verschiebbar sind. Die Aktuatoren können beispielsweise elektrisch verstellbar sein.
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Jedem Flügel ist ein Stellglied zugeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die entsprechenden Antriebsräder wahlweise in Wirkkontakt mit dem Rotor gebracht werden können.
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Eine Steuerungseinheit koordiniert und steuert die Stellglieder der einzelnen Flügelwellen. Die Stellglieder und die Steuerungseinheit sind dazu über Leitungen verbunden. Die elektrischen Leitungen können sich insbesondere durch Durchlässe in den Lagerringen des Rotors erstrecken.
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Die Flügelwellen sind vorzugsweise gelenkig oder flexibel ausgebildet, so dass mittels der Stellglieder die Stellung der Flügelwellen und somit die Stellung der insbesondere am einen Ende der Flügelwellen angeordneten Antriebsräder verstellt werden kann, wobei bevorzugt die Flügel am anderen Ende der Flügelwellen ortsfest ausgeführt sein können. Die Flügelwellen können beispielsweise als flexible Kevlarwellen ausgebildet sein. Alternativ können die Flügelwellen Gelenke aufweisen und bspw. ähnlich einer Kardanwelle ausgestaltet sein. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Flügelwelle flexibel ausgestaltet und direkt drehfest mit dem Flügel verbunden. Alternativ kann die Flügelwelle über eine Getriebestufe mit dem Flügel gekoppelt sein.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine kompaktbauende Antriebsanordnung bereitgestellt ist. Dadurch, dass die Antriebsanordnung im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist, verbleibt ein Innenraum, der vom Flugkörperantrieb genutzt werden kann. Die Antriebsanordnung ist durch den kontinuierlich drehenden Rotor dynamischer als herkömmliche Antriebsanordnungen. Der Rotor ist dabei insbesondere als Ringrad ausgebildet.
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Der Rotor ist vorzugsweise Teil eines Elektromotors oder wird in alternativer Ausgestaltung von genau einem Elektromotor angetrieben. Hierdurch kann der Rotor sehr kompakt und kostengünstig ausgeführt werden, da nicht mehrere Elektromotoren verwendet werden. Der Elektromotor ist insbesondere als bürstenloser Elektromotor mit einem Innenläuferrotor mit Permanentmagneten ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Lenkflugkörper als Rakete ausgebildet. Die Antriebsanordnung eignet sich für die Ansteuerung von beliebig vielen Flügeln. Ferner weist der Lenkflugkörper vorzugsweise mindestens vier umfänglich beabstandete Flügel, insbesondere zweimal vier Flügel auf. Vier Flügel können dabei in Flugrichtung gesehen vorne bis mittig angeordnet sein und vier Flügel sind in Flugrichtung gesehen weiter hinten angeordnet. Insbesondere für die hinteren Flügel ist ein zentraler Durchlass für den Flugkörperantrieb oder den Antriebsstrahl vorteilhaft.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den Lenkflugkörper auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 in einer längsgeschnittenen Detaildarstellung einen Lenkflugkörper mit einer Antriebsanordnung und zwei Flügeln, wobei keiner der Flügel gedreht wird,
- 2 in einer längsgeschnittenen Detaildarstellung den Lenkflugkörper, wobei der erste Flügel in einer ersten Drehrichtung gedreht wird,
- 3 in einer längsgeschnittenen Detaildarstellung den Lenkflugkörper, wobei der zweite Flügel in einer ersten Drehrichtung gedreht wird, und
- 4 in einer längsgeschnittenen Detaildarstellung den Lenkflugkörper, wobei der erste Flügel in einer zweiten Drehrichtung und der zweite Flügel in einer ersten Drehrichtung gedreht werden.
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In den 1 bis 4 ist ein Teil eines Lenkflugkörpers 1 dargestellt. Der Lenkflugkörper 1 ist insbesondere als Lenkrakete ausgebildet.
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Der Lenkflugkörper 1 weist mehrere Flügel 2, 3 auf. Die Flügel 2, 3 sind steuerbar, d.h. um eine Achse senkrecht zu einer Hülle 4 des Lenkflugkörpers 1 drehbar. Der Lenkflugkörper 1 weist vorzugsweise drei Flügel 2, 3 oder mehr als drei Flügel 2, 3 auf. In besonders bevorzugter Ausgestaltung weist der Lenkflugkörper 1 vier steuerbare Flügel 2, 3 auf, die insbesondere um 90° umfänglich beabstandet an der Hülle 4 angeordnet sind. Es ist denkbar, dass der Lenkflugkörper 1 insbesondere acht steuerbare Flügel 2, 3 aufweist, wobei beispielsweise vier Flügel 2, 3 in einem vorderen Bereich (in Flugrichtung des Lenkflugkörpers 1 gesehen) und vier Flügel 2, 3 in einem hinteren Bereich des Lenkflugkörpers 1 angeordnet sind.
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Der Lenkflugkörper 1 weist nun ferner mindestens eine Antriebsanordnung 5 auf, wobei mittels der Antriebsanordnung 5 jeweils eine Gruppe von umfänglich beabstandeten Flügeln 2, 3 angesteuert werden kann. Falls der Lenkflugkörper 1 acht Flügel 2, 3, vier in einem vorderen und vier einem hinteren Bereich, aufweist, sind vorzugsweise zwei Antriebsanordnungen 5 vorhanden.
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Die Antriebsanordnung 5 weist insbesondere einen Rotor 6 auf. Der Rotor 6 ist entweder Teil eines Elektromotors 7 oder wird funktional wirksam von einem Elektromotor (nicht dargestellt) angetrieben. In der dargestellten Ausgestaltung ist der Rotor 6 Teil eines Elektromotors 7, der ferner einen Stator 8 aufweist. Der Stator 8 ist an der Innenseite der Hülle 4 befestigt. Der Elektromotor 7 ist als bürstenloser Elektromotor 7 mit einem Innenläuferrotor 6 mit Permanentmagneten (nicht näher dargestellt) ausgebildet. Der Rotor 6 ist mittels mehrerer Lager 9 an der Innenseite der Hülle 4 gelagert. In alternativer Ausgestaltung kann der Rotor 6 an anderen Bauteilen des Lenkflugkörpers 1 gelagert sein. Der Rotor 6 weist im Wesentlichen eine Ringform auf, was den Vorteil hat, dass ein Flugkörperantrieb im Zentrum, d.h. in einem Innenraum 10 der Rakete angeordnet werden kann.
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Der Rotor 6 weist mindestens eine Aufnahme 11 an seinem Außenumfang auf, wobei in die mindestens eine Aufnahme 11 jeweils eine Flügelwelle 12, 13 eingreift. Die Flügelwellen 12, 13 sind funktional wirksam drehfest mit den Flügeln 2, 3 verbunden oder drehfest mit den Flügeln 2, 3 gekoppelt. Es ist denkbar, dass die Flügelwellen 12, 13 über eine Getriebestufe (nicht dargestellt) mit den Flügeln 2, 3 gekoppelt sind. Mit jeder der Flügelwellen 12, 13 ist drehfest jeweils ein Antriebsrad 14, 15 verbunden. Die Antriebsräder 14, 15 sind hier an dem freien Ende der Flügelwellen 12, 13 angeordnet.
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Die Aufnahme 11 ist hier als doppelt gestufte Aufnahme 11 ausgebildet. In eine erste Stufe 16 erstreckt sich der Stator 8 hinein. Die Länge der Stufe 16 in Axialrichtung entspricht dabei im Wesentlichen der Länge des Stators 8. Ferner ist eine radial weiter nach innen reichende Stufe 17 vorhanden, wobei in diese somit tiefere Stufe 17 die Antriebsräder 14, 15 hineinreichen. Innerhalb der Aufnahme 11 sind nun zwei Wirkbereiche 18, 19 ausgebildet. Die Wirkbereiche 18, 19 können durch Verzahnungen gebildet sein. Die Wirkbereiche 18, 19 sind dabei hier an den sich in Umfangsrichtung und in Radialrichtung erstreckenden Seitenwänden der Aufnahme 11, nämlich insbesondere der Stufe 17 ausgebildet. Die Wirkbereiche 18, 19 liegen sich in Axialrichtung gesehen gegenüber. Zwischen den Wirkbereichen 18, 19 ist das jeweilige Antriebsrad 14, 15 angeordnet. Die Flügelwellen 12, 13 sind in besonders bevorzugter Ausgestaltung flexibel ausgebildet. In alternativer Ausgestaltung können die Flügelwellen 12, 13 durch Gelenkwellen, beispielsweise einer Kardanwelle oder dergleichen, gebildet sein. Dies ermöglicht es, dass das Antriebsrad 14, 15 wahlweise in Wirkkontakt mit einem der Wirkbereiche 18, 19 bringbar ist, wobei die Flügel ortsfest ausgeführt werden können. Hierzu ist jedem der Flügel 2, 3 und somit jedem der Flügelwellen 12, 13 ein Stellglied 20, 21 zugeordnet. Mittels des Stellglieds 20 ist die Flügelwelle 12 und somit auch das Antriebsrad 14 in Axialrichtung bewegbar, wodurch das Antriebsrad 14 in drei Stellungen angeordnet werden kann.
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In einer ersten Zwischenstellung wird kein Drehmoment von dem Rotor 6 über die Wirkbereiche 18, 19 übertragen (vgl. 1 und 3). In einer weiteren Stellung wirkt das Antriebsrad 14, 15 mit dem ersten Wirkbereich 18 zusammen (vgl. 4). In der in 2 dargestellten Stellung wirkt das Antriebsrad 14 mit dem zweiten Wirkbereich 19 zusammen.
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Der Rotor 6 dreht sich dabei stets in die gleiche Drehrichtung 22. In der in 1 und 3 dargestellten Ausgestaltung wird der erste Flügel 2 nicht gedreht, da keine Drehmomentübertragung über die Wirkbereiche 18, 19 auf das Antriebsrad 14 stattfindet. In der in 2 dargestellten Stellung werden der Flügel 2 und damit auch die Flügelwelle 12 sowie das Antriebsrad 14 in eine erste Drehrichtung 23 gedreht. In der in 4 dargestellten Stellung wird die Flügelwelle 12 in eine zweite Drehrichtung 24 entgegengesetzt zur ersten Drehrichtung 23 gedreht.
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Die Verstellung der zweiten Flügelwelle 13 erfolgt auf entsprechende Weise. In der in 1 und 2 dargestellten Anordnung ist die Flügelwelle 12 in der Zwischenstellung angeordnet, wobei das Antriebsrad 15 mit keiner der beiden Wirkbereiche 18, 19 in Verbindung steht. In der in 3 und 4 dargestellten Stellung steht das Antriebsrad 15 mit dem Wirkbereich 19 in Wirkverbindung, wodurch die Flügelwelle 13 sich in einer ersten Drehrichtung 25 dreht. Entsprechend kann die zweite Flügelwelle 13 mittels des Stellglieds 21 in eine der ersten Drehrichtung 25 entgegengesetzten Drehrichtung gedreht werden (nicht dargestellt), wenn das Antriebsrad 15 in Anlage mit dem Wirkbereich 18 gebracht worden ist.
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Die Wirkbereiche 18 können durch Verzahnungen oder durch Reibflächen gebildet sein. Der Rotor 6 kann sich kontinuierlich drehen, wodurch bei Eingreifen der jeweiligen Antriebsräder 14, 15 sofort eine Drehmomentübertragung stattfindet und die Flügelbewegung ohne Anlaufverzögerung stattfindet. Bei Erreichen der gewünschten Flügelposition wird das Antriebsrad 14, 15 von den Wirkbereichen 18, 19 entkoppelt und in die Zwischenstellung zurückbewegt. Eine nicht dargestellte Steuerungseinheit koordiniert und steuert die Stellglieder 20, 21 der einzelnen Flügelwellen 12, 13. Die Stellglieder 20, 21 und die Steuerungseinheit können dazu über Leitungen durch die Lager 9 bzw. die entsprechenden Lagerringe des Rotors 6 verbunden sein.
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Durch diese Ausgestaltung des Lenkflugkörpers 1 ergibt sich eine kompakte Antriebsanordnung 5. Die Antriebsanordnung 5 hat den Vorteil, dass die Flügel 2, 3 beliebig steuerbar sind. Die Antriebsanordnung 5 ist durch den kontinuierlich drehenden Elektromotor 6 dynamischer. Die Antriebsanordnung 5 eignet sich für beliebig viele Flügel 2, 3, die um den Umfang des Lenkflugkörpers 1 beabstandet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkflugkörper
- 2
- Flügel
- 3
- Flügel
- 4
- Hülle
- 5
- Antriebsanordnung
- 6
- Rotor
- 7
- Elektromotor
- 8
- Stator
- 9
- Lager
- 10
- Innenraum
- 11
- Aufnahme
- 12
- Flügelwelle
- 13
- Flügelwelle
- 14
- Antriebsrad
- 15
- Antriebsrad
- 16
- Stufe
- 17
- Stufe
- 18
- Wirkbereich
- 19
- Wirkbereich
- 20
- Stellglied
- 21
- Stellglied
- 22
- Drehrichtung des Rotors 6
- 23
- erste Drehrichtung der Flügelwelle 12
- 24
- zweite Drehrichtung der Flügelwelle 12
- 25
- erste der Drehrichtung der Flügelwelle 13
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2005/0150999 A1 [0004]
