DE102020105188A1

DE102020105188A1 - Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung, Flugkörper und Verfahren zum Betrieb eines Flugkörpers

Info

Publication number: DE102020105188A1
Application number: DE102020105188.3A
Authority: DE
Inventors: Josef Klevanski; Etienne Dumont; Waldemar Rotärmel; Ivaylo Petkov
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2040-02-28
Also published as: WO2021170484A1; DE102020105188B4; EP4111127A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) mit einem Betätigungsmechanismus (37) zum Ausschwenken und Verdrehen einer Finne (1). Der Betätigungsmechanismus (37) weist dabei zwei Freiheitsgrade auf, die unabhängig voneinander sind. So kann gemäß einem Freiheitsgrad eine Verschwenkung (5) herbeigeführt werden, mit der die Finne (1) aus einer an dem Flugkörper anliegenden Betriebsstellung nach außen verschwenkt wird, und es kann eine Verdrehung (4) erzeugt werden, mit welcher der Anstellwinkel der Finne (1) gegenüber der Anströmung verändert werden kann.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Während des Fluges eines Flugkörpers, insbesondere einer wieder verwertbaren oder auf die Erde zurückkehrenden Rakete oder eines so genannten „Launchers“, treten unterschiedliche Flugphasen (insbesondere eine Aufstiegsphase, eine Tilt-Over-Manöver-Phase, eine ballistische Phase, eine aerodynamische Abstiegsphase, eine Bremsphase, eine Annäherungsphase mit einem Ausfahren von Landeelementen und eine Landephase) auf, in welchen der Flugkörper unterschiedliche aerodynamische Geometrien einnehmen muss, um die für die jeweilige Flugphase erforderliche aerodynamischen Eigenschaften herbeizuführen. Hierzu finden ausklappbare Finnen Einsatz, über die eine Veränderung der aerodynamischen Eigenschaften herbeigeführt werden kann. Die ausklappbaren Finnen können dabei beispielsweise während der Aufstiegsphase, der Tilt-Over-Manöver-Phase und der ballistischen Phase eingeklappt und damit (zumindest weitestgehend) aerodynamisch unwirksam sein, während diese während der aerodynamischen Abstiegsphase, der Bremsphase, der Annäherungsphase und der Landephase ausgeklappt sein können, um die gewünschte aerodynamische Beeinflussung herbeizuführen. Die Finnen können dabei bspw. als so genannte Gitterfinnen oder „grid fins“ oder als flächige Finnen (so genannte „plain fins“) ausgebildet sein. In ausgeklapptem Zustand ist die Beeinflussung der Strömungsverhältnisse des Flugkörpers durch die Finne (neben der Geometrie der Finne selbst) abhängig von einem Anstellwinkel der Finne gegenüber der Umströmung des Flugkörpers. Zu diesem Hintergrund der Erfindung wird verwiesen auf
J. Klevanski, T. Ecker, J. Riehmer, B. Reimann, E. Dumont, C. Chavagnac: Aerodynamic Studies in Preparation for CALLISTO-Reusable VTVL Launcher First Stage Demonstrator; 69th International Astronautical Congress (IAC), Bremen, Deutschland, 1. -5. Oktober 2018; IAC-18-D2.6.3, Seiten 1 bis 10.
Die Finnen dienen dabei der Gewährleistung und/oder Verbesserung der Stabilität des Flugkörpers und/oder der Steuerung desselben in atmosphärischen Flugphasen. Ein Ausklappen der Finnen erfolgt dabei unter Umständen, um die Finne lediglich selektiv in bestimmten Flugphasen zur Wirkung bringen zu können. Andererseits kann ein Einklappen der Finnen erforderlich sein, um in der Startphase einen negativen Effekt der ausgeklappten Finne auf die aerodynamischen Eigenschaften des Flugkörpers (bspw. einen unerwünschten zusätzlichen Widerstand oder eine destabilisierende Wirkung) zu minimieren. Das Einklappen der Finnen kann auch erforderlich sein, um den Flugkörper mit eingeklappten Finnen in einen räumlich kompakten Zustand zu bringen, der vorteilhaft sein kann für die Bevorratung und/oder den Transport des Flugkörpers und/oder für einen Start des Flugkörpers aus einem Startkanister oder Startschacht.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung, die ein Ausklappen einer Finne ermöglicht. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Flugkörper mit einer derartigen Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb eines Flugkörpers mit einer Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung.
STAND DER TECHNIK
WO 2014/197046 A2 offenbart einen als Projektil ausgebildeten Flugkörper, bei dem Finnen im hinteren Endbereich des Flugkörpers angeordnet sind. Die Finnen sind um eine parallel zur Längsachse des Flugkörpers orientierte Achse verschwenkbar. Im eingeklappten Zustand sind die Finnen derart in die Mantelfläche des Flugkörpers integriert, dass eine Längsachse der Finne in Umfangsrichtung bzw. tangential zur Mantelfläche des Flugkörpers orientiert ist, während eine parallel zur Querachse der Finne in Längsrichtung des Flugkörpers orientiert ist. In ausgeklapptem Zustand erstreckt sich die Längsachse der Finne radial bzw. normal zur Mantelfläche des Flugkörpers und damit quer zur Längsachse des Flugkörpers, während die Querachse der Finne weiterhin parallel zur Längsachse des Flugkörpers orientiert ist.
Auch WO 2008/147453 A2 offenbart eine Verschwenkung von im hinteren Endbereich eines als Projektil ausgebildeten Flugkörpers angeordneten Finnen um Schwenkachsen, die parallel zur Längsachse des Flugkörpers orientiert sind. Alternativ schlägt WO 2008/147453 A2 auch eine Ausführungsform vor, bei der die Finnen in radialen Schächten im hinteren Endbereich des Flugkörpers angeordnet sind. In der eingeklappten Stellung sind die Finnen zunächst mittels einer Halteeinrichtung in den Schächten gehalten. Die Finnen sind in dem radial außenliegenden Endbereich um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert, die tangential zur Umfangsrichtung des Flugkörpers orientiert ist. Die Haltewirkung der Halteeinrichtung kann mittels auf die Finnen ausgeübten Zentrifugalkräften in Folge einer Rotation des Flugkörpers überwunden werden, womit die Finnen radial nach außen um die Schwenkachse aus den Schächten ausgeklappt werden können.
EP 2 433 084 B1 offenbart einen Flugkörper, der einerseits im hinteren Endbereich zur Rollstabilisierung dienende Finnen aufweist, die in radialen Schlitzen aufgenommen sind und um eine Schwenkachse, die tangential zur Mantelfläche des Flugkörpers orientiert ist, nach außen ausgeschwenkt werden können. Die Finnen sind in eingeschwenktem Zustand in Richtung des Ausschwenkens federbeaufschlagt, wobei die Finnen zunächst durch eine Verriegelung an dem Ausschwenken gehindert sind. Zum Ausschwenken der Finnen durch die Federn wird die Verriegelung zerstört. Darüber hinaus verfügt der Flugkörper über mittig angeordnete verschwenkbare Flügel, die in eingeschwenktem Zustand ebenfalls in radialen Schlitzen des Flugkörpers aufgenommen sind und um eine quer zur Längsachse des Flugkörpers orientierte Schwenkachse ausgeschwenkt werden können. Die Flügel werden mit dem Austritt des als Projektil ausgebildeten Flugkörpers aus der Mündung oder nach Erreichen des höchsten Punktes der ballistischen Phase ausgeschwenkt, wobei auch in diesem Fall eine die Flügel in eingeschwenktem Zustand haltende Verriegelung zerstört werden muss. Ein Heckabschnitt des Flugkörpers mit den ausklappbaren Finnen ist über eine Kupplung in gelöstem Zustand der Kupplung verdrehbar mit einem Vorderabschnitt des Flugkörpers mit den Flügeln verbunden. Je nach Betätigung der Kupplung kann somit die rollstabilisierende Wirkung der Finnen aktiviert oder deaktiviert werden.
Auch EP 1 627 200 B1 offenbart eine Aufnahme von verschwenkbaren Finnen in Schächten des Flugkörpers, die sich radial und in Längsrichtung des Flugkörpers erstrecken. Die Finnen werden auch hier ausgeschwenkt um Schwenkachsen, die tangential zur Umfangsrichtung des Flugkörpers orientiert sind.
Während die vorgenannten Flugkörper-Finnenausklappeinrichtungen lediglich einen Schwenk-Freiheitsgrad für das Ausklappen der Finnen bereitgestellt haben, schlägt EP 1 485 668 B1 vor, ein Ausklappen der Finnen mittels eines Betätigungsmechanismus zu gewährleisten, bei dem in dem Freiheitsgrad der Finnen für das Ausklappen einerseits eine Verdrehung und andererseits eine Verschwenkung der Finne überlagert sind. In dem eingeklappten Zustand erstreckt sich die Finne mit der Längsachse in Längsrichtung des Flugkörpers und der Querachse tangential zur Umfangsrichtung des Flugkörpers. Hingegen erstreckt sich in ausgeklapptem Zustand der Finne die Längsachse der Finne radial zum Flugkörper oder normal zur Mantelfläche des Flugkörpers, während sich die Querachse der Finne parallel zur Längsachse des Flugkörpers erstreckt. Über den Freiheitsgrad der Finne ist die Abhängigkeit des Schwenkwinkels der Finne und des Drehwinkels der Finne während des Ausklappens in eindeutiger Weise durch eine Kulissenführung vorgegeben. Die Bewegung entlang des Freiheitsgrads wird herbeigeführt durch eine vorgespannte Feder, wobei diese Bewegung während des Ausklappens auch durch die Umströmung des Flugkörpers und der Finne unterstützt wird. Entgegen der Beaufschlagung durch die Feder wird die Finne durch einen nicht näher spezifizierten Verriegelungsmechanismus in der eingeklappten Stellung gehalten.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung vorzuschlagen, die insbesondere hinsichtlich

- der herbeiführbaren aerodynamischen Wirkungen,
- der Betätigung,
- der Möglichkeiten einer Beeinflussung der herbeiführbaren aerodynamischen Wirkungen und/oder
- der zuverlässigen Abstützung der Finne in ausgeklapptem Zustand

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schlägt eine Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung vor, die einen Betätigungsmechanismus aufweist, mittels dessen eine Finne gegenüber einem mit der Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung ausgestatteten Flugkörper ausgeklappt werden kann und auf diese Weise aerodynamisch zur Wirkung gebracht werden kann. Hierbei kann es sich um eine Finne beliebiger Bauart, insbesondere eine flächige Finne oder eine Gitterfinne, handeln. Erfindungsgemäß weist der Betätigungsmechanismus zwei Freiheitsgrade für das Ausklappen der Finne auf. Bei diesen Freiheitsgraden handelt es sich insbesondere um einen Verdreh-Freiheitsgrad, über den die Finne um ihre Längsachse verdreht werden kann, und einen Verschwenk-Freiheitsgrad, über den die Finne um eine Querachse verschwenkt werden kann. Erfindungsgemäß sind die beiden Freiheitsgrade unabhängig voneinander. Dies bedeutet beispielsweise, dass erfindungsgemäß keine ein-eindeutige Zuordnung der Verschwenkung der Finne und der Verdrehung derselben (und umgekehrt) erfolgt, wie dies durch die Kulissenführung gemäß EP 1 485 668 B1 erfolgt. Erfindungsgemäß ist somit beispielsweise ermöglicht, dass die Finne für dieselbe Verdrehung unterschiedliche Schwenkstellungen einnimmt und/oder für dieselbe Verschwenkung unterschiedliche Drehstellungen einnimmt. Die erfindungsgemäße Ausstattung des Betätigungsmechanismus mit zwei unabhängigen Freiheitsgraden ermöglicht Bewegungen der Finne relativ zu dem Flugkörper, die abweichend sind zu den Bewegungen der Finne, die mittels aus dem Stand der Technik bekannter Betätigungsmechanismen gewährleistet werden können. Im Folgenden werden lediglich einige, die Erfindung nicht beschränkende Beispiele genannt:

a) Möglich ist beispielsweise, dass die Verschwenkung der Finne nicht zeitgleich mit der Verdrehung derselben erfolgt, sondern vielmehr die Verschwenkung und die Verdrehung zumindest teilweise zeitlich voneinander getrennt werden. Vorzugsweise erfolgt zunächst ein vollständiges Verschwenken der Finne zum Ausschwenken derselben, während unmittelbar anschließend an die Verschwenkung oder auch zu einem späteren Zeitpunkt dann die Verdrehung der Finne erfolgen kann.
b) Während aus dem Stand der Technik bekannte Betätigungsmechanismen davon ausgehen, dass eine Nutzung der aerodynamischen Beeinflussung durch die Finne nur in zwei Betriebsstellungen erfolgt, nämlich eine möglichst geringe Beeinflussung der Aerodynamik in eingeklapptem Zustand der Finne sowie die angestrebte oder maximale Beeinflussung der aerodynamischen Eigenschaften in ausgeklapptem Zustand der Finne (wobei abweichende Betriebsstellungen der Finne lediglich während des Ausklappens der Finne in Kauf genommen werden), kann erfindungsgemäß auch während des Flugbetriebes durch Nutzung mindestens eines Freiheitsgrades Einfluss auf die aerodynamische Wirkung der Finne genommen werden. So ist beispielsweise möglich, dass je nach Flugbedingungen und/oder Flugphase ein Anstellwinkel der Finne gegenüber der Anströmung verändert wird, indem beispielsweise die Finne in ausgeschwenktem Zustand in unterschiedliche Anströmstellungen verdreht wird. Hierbei kann sogar die Verdrehung zur Steuerung oder Regelung der Flugeigenschaften herangezogen werden.

Eine erfindungsgemäße Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung verfügt über einen Flugkörper-Haltebereich, über welchen die Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung an dem Flugkörper gehalten, insbesondere abgestützt und/oder gelagert, ist. Des Weiteren verfügt die Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung über einen Betätigungsmechanismus. Über den Betätigungsmechanismus ist die Finne an dem Flugkörper-Haltebereich gehalten. Der Betätigungsmechanismus dient dazu, die Finne einerseits gegenüber dem Flugkörper-Haltebereich oder der Mantelfläche des Flugkörpers um eine Drehachse zu verdrehen und andererseits die Finne gegenüber dem Flugkörper-Haltebereich oder der Mantelfläche des Flugkörpers um eine Schwenkachse zu verschwenken. Somit wird mittels des Betätigungsmechanismus einerseits ein Schwenk-Freiheitsgrad und andererseits ein Dreh-Freiheitsgrad bereitgestellt, wobei die Betätigung entlang dieser beiden Freiheitsgrade unabhängig voneinander erfolgen kann. Hierzu verfügt der Betätigungsmechanismus einerseits über einen Verdrehmechanismus. Mittels des Verdrehmechanismus ist die Finne gegenüber dem Flugkörper-Haltebereich um die Drehachse verdrehbar. Andererseits weist der Betätigungsmechanismus einen Verschwenkmechanismus auf. Mittels des Verschwenkmechanismus ist die Finne gegenüber dem Flugkörper-Haltebereich um die Schwenkachse verschwenkbar. Der Verdrehmechanismus und der Verschwenkmechanismus sind unabhängig voneinander betätigbar, was insbesondere durch separate und unabhängige Ansteuerung eines auf den Verdrehmechanismus einwirkenden Dreh-Aktuators und eines auf den Verschwenkmechanismus einwirkenden Schwenk-Aktuators erfolgt.
Grundsätzlich können der Verdrehmechanismus und der Verschwenkmechanismus beliebig ausgebildet sein und in die Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung integriert sein. Für einen Vorschlag der Erfindung sind der Verdrehmechanismus und der Verschwenkmechanismus hinsichtlich des Kraftflusses in mechanischer Reihenschaltung zwischen die Finne und den Flugkörper-Haltebereich zwischengeschaltet. Dies hat zur Folge, dass die Finne über den Verdrehmechanismus und über diesen an dem Verschwenkmechanismus (oder umgekehrt) an dem Flugkörper-Haltebereich abgestützt ist. Somit wird mit der Verschwenkung des Verschwenkmechanismus auch der Verdrehmechanismus verschwenkt (oder mit der Verdrehung des Verdrehmechanismus wird auch der Verschwenkmechanismus verschwenkt).
Im Rahmen der Erfindung kann ein beliebiger Verschwenkmechanismus Einsatz finden, beispielsweise eine Verschwenkung über ein herkömmliches Schwenklager mit einem die Verschwenkung herbeiführenden rotatorischen Schwenkantrieb, der unmittelbar eines der verschwenkten Teile verschwenken kann oder unter Zwischenschaltung einer Getriebestufe. Für eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung weist der Schwenkmechanismus eine Kulissenführung auf. Über die Kulissenführung kann eine Umwandlung einer irgendwie gearteten Bewegung eines Schwenk-Aktuators in eine Schwenkbewegung erfolgen, wobei die Abhängigkeit der Bewegung des Schwenk-Aktuators und der Verschwenkung durch die Konturgebung der Kulissenführung vorgegeben werden kann. Einerseits ist der Einsatz der Kulissenführung vorteilhaft hinsichtlich der Möglichkeiten für die Gestaltung der Schwenkcharakteristik. Andererseits hat sich gezeigt, dass über eine Kulissenführung auch eine sehr steife Abstützung des Verschwenkmechanismus und damit der Finne gegenüber dem Flugkörper-Haltebereich erzielt werden kann.
Der Verschwenkmechanismus kann einen Aktuator aufweisen, der die Verschwenkung der Finne auslöst und/oder herbeiführt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Aktuator um einen translatorischen Aktuator, mittels dessen beispielsweise ein Betätigungselement (wie bspw. Schub- und/oder Zugelement) betätigt wird, der letzten Endes die Verschwenkung des Verschwenkmechanismus herbeiführt. Beispielsweise kann durch die Bewegung des translatorischen Aktuators eine Bewegung des Verschwenkmechanismus entlang der Kulissenführung herbeigeführt werden.
Für die Ausgestaltung des (unter Umständen translatorischen) Aktuators gibt es vielfältige Möglichkeiten, von denen im Folgenden nur zwei Varianten genannt werden:

- Möglich ist, dass der Aktuator eine Federeinrichtung mit einer oder mehreren beliebig gestalteten Federn aufweist. Die Federeinrichtung ist in der eingeschwenkten Stellung der Finne gespannt. Die Spannung der Feder stellt einen Energiespeicher dar. Die Energie dieses Energiespeichers kann dann für die Erzeugung der Schwenkbewegung genutzt werden. In der eingeschwenkten Stellung kann die Federeinrichtung über eine Rast- oder Verriegelungseinrichtung verrastet oder verriegelt sein. Die Rast- oder Verriegelungseinrichtung ist entrast- oder entriegelbar. Mit der Entriegelung der Verriegelungseinrichtung oder der Entrastung der Rasteinrichtung wird die Energie der Federeinrichtung freigegeben, womit die Federeinrichtung die Finne ausschwenken kann. Unter Umständen erfordert die Entastung oder Entriegelung weniger Energie als die Energie, die erforderlich ist, um die Finne auszuschwenken. Somit kann das Spannen der Federeinrichtung mit dem Einschwenken der Finne manuell oder über eine separate Spanneinrichtung vor dem Start des Flugkörpers erfolgen und mit dem Flugkörper muss lediglich eine klein bauende und wenig Energie erfordernde Entriegelungseinrichtung mit dem Flugkörper mitgeführt werden.
- Möglich ist aber auch, dass der Aktuator ein vorzugsweise elektrischer Antrieb ist, der die translatorische Bewegung des Betätigungselements oder eine anderweitige Bewegung erzeugt, die dann die Verschwenkung des Verschwenkmechanismus zur Folge hat.

Möglich ist im Rahmen der Erfindung, dass der Verschwenkmechanismus einen Schwenklagerkörper aufweist, gegenüber dem die Finne verschwenkbar ist. Beispielsweise kann die Kulissenführung zwischen der Finne und dem Schwenklagerkörper wirksam sein. In einer ausgeschwenkten Stellung ist für diesen Vorschlag der Erfindung die Finne (hinsichtlich einer Verschwenkung um die Schwenkachse) an einer Abstütz- und/oder Halteeinrichtung an dem Schwenklagerkörper abstützt. Vorzugsweise kommt diese Abstütz- und/oder Halteeinrichtung lediglich mit dem Erreichen der ausschwenkten Stellung und in dieser zusätzlich zu anderen Abstützungen oder Anlenkungen zur Wirkung. Durch die Abstütz- und/oder Halteeinrichtung kann in der ausgeschwenkten Stellung, in welcher die Finne unter Umständen beträchtlichen aerodynamischen Kräften ausgesetzt ist, eine steife und zuverlässige Abstützung gewährleistet werden. Die Abstütz- und/oder Halteeinrichtung kann als Anschlag oder Anlagefläche ausgebildet sein. Möglich ist auch, dass in der ausgeschwenkten Stellung die Finne oder ein Halteelement derselben eingezogen ist zwischen Anlageflächen, in eine Halteausnehmung bspw. eines Führungsrohrs oder eines Führungskonus, womit dann eine formschlüssige Abstützung der Finne an dem Schwenklagerkörper gewährleistet werden kann.
Möglich ist, dass der Schwenklagerkörper über einen Verdrehmechanismus gegenüber dem Flugkörper verdrehbar ist. Für eine besondere Ausgestaltung der Erfindung hat der Schwenklagerkörper eine Halteausnehmung, in die die Finne in Richtung der Betätigung des Schwenk-Aktuators eintritt. In der Halteausnehmung ist dann die Finne in dem ausgeschwenkten Zustand formschlüssig gesichert.
Vorzugsweise verfügen die Halteausnehmung und/oder die Finne über sich verjüngende Halteflächen. Erfolgt mit der Betätigung des Schwenk-Aktuators die Bewegung der Finne in die Halteausnehmung, kann es infolge der sich verjüngenden Halteflächen zu einem Verspannen zwischen den Halteflächen oder einem Einklemmen zwischen diesen kommen. Möglich ist, dass an den sich verjüngenden Halteflächen (je nach den Reibverhältnissen und dem Neigungswinkel der sich verjüngenden Halteflächen) auch eine Art Selbsthemmung eintritt, die die Finne in der Halteausnehmung und in der ausgeschwenkten Stellung sichert.
Für eine erfindungsgemäße Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung ist die Finne in der eingeschwenkten Stellung (vorzugsweise ausschließlich) über die Kulissenführung und die Anlenkung des Aktuators gehalten, wodurch die eingeschwenkte Stellung gesichert ist. Hingegen kommt in der ausgeschwenkten Stellung zusätzlich zu der Kulissenführung und der Anlenkung des Aktuators die Abstütz- und/oder Halteeinrichtung zur Wirkung, was zur Folge hat, dass die Abstütz- und/oder Halteeinrichtung die Kulissenführung und/oder die Anlenkung des Aktuators zumindest teilweise entlasten kann, um die während des Flugbetriebs unter Umständen beträchtlichen Kräfte, die auf die Finne wirken, abzustützen.
In der Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung kann eine elektronische Steuereinheit vorhanden sein. Die elektronische Steuereinheit kann dann Steuerlogik aufweisen, die den Verschwenkmechanismus und/oder den Verdrehmechanismus (insbesondere unabhängig voneinander) ansteuert. Hierbei kann die Ansteuerung in der Ansteuerung eines als Elektromotor ausgebildeten Antriebsaggregates bestehen. Findet ein Aktuator mit einer Federeinrichtung Einsatz, kann die Ansteuerung auch darin bestehen, dass eine Verriegelungseinrichtung entriegelt wird, die dann den von der vorgespannten Federeinrichtung bereitgestellten Energiespeicher freigibt.
Für eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung steuert die Steuerlogik den Verschwenkmechanismus und den Verdrehmechanismus derart an, dass für eine Aktivierung der Finne zunächst ausschließlich der Schwenkmechanismus betätigt wird, bis die Finne ausgeschwenkt ist, so dass sich die Längsachse der Finne radial zu dem Flugkörper erstreckt. Hieran anschließend wird dann ausschließlich der Verdrehmechanismus betätigt zum Verdrehen der Finne. Die Verdrehung erfolgt somit zeitlich getrennt und nach der Verschwenkung.
Alternativ oder zusätzlich möglich ist, dass die Steuerlogik im Flugbetrieb Betriebsgrößen verarbeitet. Diese Betriebsgrößen können die Anströmbedingungen des Flugkörpers, die Geschwindigkeit des Flugkörpers, die Ausrichtung des Flugkörpers gegenüber der Anströmung, die Flugphase, die Flughöhe u.Ä. betreffen. Auf Grundlage der Betriebsgrößen steuert dann die Steuerlogik im Flugbetrieb den Verdrehmechanismus so an, dass in Abhängigkeit von den Betriebsgrößen eine Verdrehung der Finne erfolgt. Beispielsweise kann die Finne eine Grundstellung mit einem vorbestimmten Anströmwinkel einnehmen und es kann gegenüber dieser Grundstellung eine Steuerung durch Veränderung des Anströmwinkels erfolgen, um gewünschte aerodynamische Bedingungen herbeizuführen oder wieder herzustellen und Einfluss auf den Flugbetrieb zu nehmen. Möglich ist beispielsweise, dass eine Ansteuerung derart erfolgt, dass eine Verdrehung der Finne je nach Betriebsgrößen gegenüber einer Grundstellung um maximal plus/minus 20 Grad, maximal plus/minus 15 Grad oder maximal plus/minus 10 Grad erfolgt.
Möglich ist, dass eine Stellung der Finne, insbesondere die eingeschwenkte Stellung des Verschwenkmechanismus der Finne und/oder eine ausgeschwenkte Stellung des Verschwenkmechanismus der Finne, mittels einer Rast- oder Verriegelungseinrichtung sicherbar ist. Hierbei kann jeweils eine Rast- oder Verriegelungseinrichtung oder eine gemeinsame Rast- oder Verriegelungseinrichtung die Schwenkstellung des Verschwenkmechanismus und/oder die Drehstellung des Verdrehmechanismus sichern. Eine Verriegelungseinrichtung wird vorzugsweise über einen Aktuator verriegelt und/oder entriegelt. Dasselbe kann für eine Rasteinrichtung gelten. Möglich ist aber auch, dass eine Rasteinrichtung durch Betätigung des zugeordneten Aktuators durch hinreichende Aktuator-Kräfte „überdrückt“ wird.
Die Erfindung schlägt auch eine Ausführungsform der Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung vor, bei der der Schwenklagerkörper drehbar gegenüber dem Flugkörper gelagert ist. Hierbei ist ein Verdreh-Aktuator vorhanden, über den der Schwenklagerkörper (und mit diesem die Finne) verdrehbar ist. In diesem Fall kann sich durch den Schwenklagerkörper ein translatorisch betätigtes Betätigungselement erstrecken. Das translatorisch betätigte Betätigungselement ist von einem Schwenk-Aktuator angetrieben, wobei der Schwenk-Aktuator vorzugsweise eine translatorische Antriebsbewegung erzeugt. Das Betätigungselement kann beispielsweise als Zug-Duck-Stange, als eine Art Pleuel oder als Pendelstützte ausgebildet sein, wobei ein Endbereich des Betätigungselements an dem Schwenk-Aktuator angelenkt ist, während der andere Endbereich des Betätigungselements (unmittelbar oder mittelbar) an der Finne angelenkt sein kann.
Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe stellt ein Flugkörper, insbesondere eine Rakete dar, der bzw. die mit einer Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung ausgestattet ist, wie diese zuvor erläutert ist. Vorzugsweise finden mehrartige derartige Flugkörper-Finnenausklappeinrichtungen mit zugeordneten Finnen Einsatz, wobei die Finnen vorzugsweise im Bereich einer Stirnseite oder Nase, also im vorderen Endbereich des Flugkörpers während des Aufstiegs, angeordnet ist/sind.
Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe stellt ein Verfahren zum Betrieb eines Flugkörper dar. Hierbei erfolgt in unabhängigen Verfahrensschritten ein Ausklappen der Finne durch Betätigung des Verschwenkmechanismus und ein Verdrehen der Finne durch Betätigung des Verdrehmechanismus.
Für eine weitere Ausgestaltung dieses Verfahrens werden mittels einer Steuerlogik im Flugbetrieb Betriebsgrößen verarbeitet. Auf Grundlage der Betriebsgrößen (und deren Verarbeitung) wird dann im Flugbetrieb der Verdrehmechanismus so angesteuert, dass eine Verdrehung der Finne gegenüber einer Grundstellung erfolgt. Hierdurch kann eine Beeinflussung der aerodynamischen Eigenschaften im Flugbetrieb erfolgen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung 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.
Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: 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, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.

1 zeigt eine Finne eines Flugkörpers in einer räumlichen Darstellung.
2 zeigt einen Flugkörper mit mehreren Flugkörper-Finnenausklappeinrichtungen und zugeordneten Finnen in einer räumlichen Ansicht schräg von vorne, wobei sich die Finnen in an die Mantelfläche des Flugkörpers eingeklapptem Zustand befinden.
3 zeigt, ebenfalls in einer räumlichen Ansicht, den Flugkörper gemäß 2, wobei hier die Finnen über einen Schwenkmechanismus ausgeschwenkt sind.
4 zeigt, ebenfalls in einer räumlichen Ansicht, den Flugkörper gemäß 2 und 3, wobei hier die Finnen aus der Betriebsstellung gemäß 3 durch Verdrehung eines Verdreh-Mechanismus verdreht sind.
5 zeigt in geschnittener Darstellung einen Verschwenkmechanismus in eingeschwenktem Zustand.
6 zeigt den Verschwenkmechanismus gemäß 5 in teilausgeschwenktem Zustand.
7 zeigt den Verschwenkmechanismus gemäß 5 und 6 in ausgeschwenktem Zustand.
8 zeigt eine Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung mit einem Verdrehmechanismus und einem Verschwenkmechanismus in schematischer Darstellung.

FIGURENBESCHREIBUNG
In den Zeichnungen und der vorliegenden Figurenbeschreibung werden für Bauelemente, welche identisch sind oder sich hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Funktion entsprechen, teilweise dieselben Bezugszeichen verwendet. In diesem Fall sind die Bauelemente durch den zusätzlichen Buchstaben a, b, ... voneinander unterschieden. Auf diese Bauelemente wird dann teilweise mit oder ohne den ergänzenden Buchstaben Bezug genommen, wobei damit dann einzelne dieser Bauelemente oder sämtliche dieser Bauelemente gemeint sind.
1 zeigt eine Finne 1, die hier als flächige Finne ausgebildet ist, aber durchaus eine beliebige andere Kontur oder Geometrie aufweisen kann und auch als Gitterfinne oder „grid fin“ ausgebildet sein kann. Die Finne 1 verfügt über eine Längsachse 2, die in ausgeschwenktem Zustand der Finne 1 an dem Flugkörper vertikal zur Mantelfläche oder radial zu einer Längsachse 9 des Flugkörpers orientiert ist. Darüber hinaus verfügt die Finne 1 über eine Querachse 3. Die Längsachse 2 und die Querachse 3 definieren die Haupterstreckungsebene der Finne 1. In ausgeklapptem Zustand der Finne 1 kann die Querachse 3 zumindest mit einer Strömungskomponente der Umströmung der Finne 1 übereinstimmen. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird als Verdrehung 4 eine Verdrehung der Finne 1 um die Längsachse 2 beschrieben. Die Verdrehung 4 erfolgt vorzugsweise für einen Zustand, in dem die Finne 1 vollständig gegenüber dem Flugkörper 6 ausgeschwenkt ist, so dass die Verdrehung 4 dann um eine Drehachse 34 erfolgt, die radial zu einer Längsachse 9 des Flugkörper 6 oder normal zur Mantelfläche des Flugkörper 6 orientiert ist. Unter einer Verschwenkung 5 wird eine Verschwenkung der Finne 1 um eine Schwenkachse 33 verstanden, die der Querachse 3 der Finne 1 (oder einer hierzu parallelen Achse) entspricht. Die Schwenkachse 33 ist dabei vorzugsweise tangential zu der Mantelfläche des Flugkörper 6 orientiert.
2 bis 4 zeigen einen Flugkörper 6 mit mehreren Flugkörper-Finnenausklappeinrichtungen 7a, 7b, 7c, 7d mit Finnen 1a, 1b, 1c, 1d. Die Flugkörper-Finnenausklappeinrichtungen 7 sind gleichmäßig über den Umfang des Flugkörpers6 verteilt und bei derselben Axialerstreckung des Flugkörpers 6 angeordnet. Die Flugkörper-Finnenausklappeinrichtungen 7 sind dabei im vorderen Endbereich des Flugkörpers 6 angeordnet, was für das dargestellte Ausführungsbeispiel unmittelbar benachbart und hinter einer Nase 8 des Flugkörpers 6 erfolgt.
2 zeigt die Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung 7 in einer eingeklappten Stellung. In der eingeklappten Stellung sind die Finnen 1 an die Mantelfläche des Flugkörpers 6 angelegt oder erstrecken sich tangential zu dieser. Möglich ist, dass die Finnen 1 zumindest teilweise in entsprechende Aussparungen der Mantelfläche des Flugkörpers 6 integriert sind, wobei einerseits durch die Konturierung der Mantelfläche des Flugkörpers 6 und andererseits durch die Formgebung der Finnen 1 ein aerodynamisch günstiges Profil des Flugkörpers 6 mit der Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung 7 und den Finnen 1 herbeigeführt werden kann. In der eingeklappten Stellung der Finnen 1 gemäß 2 erstrecken sich die Längsachsen 2 der Finnen 1 parallel zu der Längsachse 9 des Flugkörpers 6, während die Querachse 3 tangential oder im Querschnitt entlang der Mantelfläche des Flugkörpers 6 orientiert ist.
In der Betriebsstellung der Flugkörper-Finnenausklappeinrichtungen 7 gemäß 3 sind die Finnen 1 mittels Verschwenkungen 5 um die parallel zu der Querachse 3 orientierte Schwenkachse 33 nach außen verschwenkt, so dass sich die Längsachsen 2 der Finnen normal zur Mantelfläche des Flugkörpers 6 oder radial zur Längsachse 9 des Flugkörpers 6 erstrecken. Die Lage der Querachse 3 oder Schwenkachse 33 ist dabei unverändert geblieben. In dieser herausgeschwenkten Stellung der Finnen 1 sind die Finnen 1 (weitestgehend) normal zur Anströmung orientiert, so dass beträchtliche Haltekräfte aufgewendet werden müssen, um die Finnen 1 in dieser Schwenkstellung zu halten.
Von der Betriebsstellung gemäß 3 sind die Finnen 1 durch eine Verdrehung 4 um die Drehachse 34 in die Betriebsstellung gemäß 4 überführt, womit das Ausklappen erfolgt ist. In dieser Betriebsstellung erstreckt sich (entsprechend 3) die Längsachse 2 der Finnen 1 radial zur Längsachse 9 bzw. normal zur Mantelfläche des Flugkörpers 6. Die Querachse 3 der Finne ist aber infolge der Verdrehung 4 nun parallel zu der Längsachse 9 des Flugkörpers orientiert. In der ausgeklappten, also verschwenkten und verdrehten Stellung der Finnen 1 gemäß 4 ist die durch die Längsachse 2 und die Querachse 3 vorgegebene Haupterstreckungsebene der Finne 1 parallel zu der Anströmung des Flugkörpers 6 orientiert. Im Betrieb des Flugkörpers 6 kann in der ausgeschwenkten Schwenkstellung mittels einer Verdrehung 4 im Bereich von plus/minus 20 Grad, plus/minus 15 Grad, plus/minus 10 Grad oder plus/minus 5 Grad der Anstellwinkel der Finne 1 gegenüber der Anströmung verändert werden, womit Einfluss auf die Aerodynamik des Flugkörpers 6 genommen werden kann.
In 5 bis 7 ist ein Verschwenkmechanismus 10 der Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung 7 dargestellt. Mittels des Verschwenkmechanismus 10 kann die Verschwenkung 5 herbeigeführt werden. In den 5 bis 7 ist der Verschwenkmechanismus 10 in einem Schnitt dargestellt, welcher vertikal zur Haupterstreckungsebene der Finne 1 verläuft, nämlich vertikal zu der Querachse 3 und entlang der Längsachse 2.
Der Verschwenkmechanismus 10 verfügt über einen Schwenklagerkörper 12. Der Schwenklagerkörper 12 verfügt über eine Durchgangsausnehmung 13. In der Durchgangsausnehmung 13 ist ein Anlenkkörper 14 angeordnet, welcher über ein Schwenklager 15, hier mit einem in einem Lagerauge der Finne 1 gelagerten Schwenklagerbolzen 16, verschwenkbar an einen Endbereich der Finne 1 angelenkt ist. Das Schwenklager 15 verfügt über eine Schwenkachse 11, die parallel zur Querachse 3 und parallel zur Schwenkachse 33 orientiert ist.
Die Finne 1 trägt ein Kulissenelement 17, welches hier als Kulissenbolzen 18 ausgebildet ist. Der Kulissenbolzen 18 erstreckt sich parallel zur Querachse 3. Das Kulissenelement 17 ist aufgenommen in einer Kulisse 19 des Schwenklagerkörpers 12, womit eine Kulissenführung 35 gebildet ist. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist die Kulisse 19 als gekrümmtes Langloch oder gekrümmter Schlitz des Schwenklagerkörpers 12 ausgebildet, wobei die Kulisse 19 das Kulissenelement 17 auf einer Viertelkreisbahn führt. Das Schwenklager 15 und das Kulissenelement 17 sind auf der Längsachse 2 angeordnet und voneinander beabstandet. Die Kulisse 19 ist dabei in dem Endbereich, in welchem sich das Kulissenelement 17 in dem eingeschwenkten Zustand gemäß 5 befindet, parallel zur Längsachse des Flugkörpers 6 orientiert. Hingegen ist der andere Endbereich der Kulisse 19 in dem eingeschwenkten Zustand gemäß 5 radial zur Längsachse 9 des Flugkörpers 6 oder normal zur Mantelfläche des Flugkörpers 6 orientiert. Zwischen diesen Endbereichen führt die Kulisse 19 das Kulissenelement 17 auf einer Bahn entsprechend eines Viertelkreises.
Der Anlenkkörper 14 kann mittels eines Betätigungselements 37, insbesondere mittels einer Zugstange 20, die von einem Schwenk-Aktuator 21 betätigt wird, radial zur Längsachse 9 oder normal zur Mantelfläche des Flugkörpers 6 entlang der Durchgangsausnehmung 13 bewegt werden, womit sich das Kulissenelement 17 von dem Endbereich gemäß 5 über eine Zwischenstellung gemäß 6 in den anderen Endbereich der Kulisse 19 gemäß 7 bewegt, was mit dem Ausschwenken der Finne 1 einhergeht. In der ausgeschwenkten Stellung gemäß 7 sind das Kulissenelement 17 und das Schwenklager 15 auf einer gemeinsamen Achse angeordnet, welche weiterhin der Längsachse 2 der Finne 1 entspricht, wobei diese Achse dann normal zur Mantelfläche des Flugkörpers 6 oder vertikal zur Längsachse 9 des Flugkörpers 6 orientiert ist.
Die Schwenkachse 33, um welche die Finne 1 verschwenkt wird, entspricht dem Momentanpol der Finne 1, der über das Schwenklager 15 und die Kulissenführung 35 vorgegeben wird. Über die Verschwenkung der Finne 1 verlagert sich somit die Schwenkachse 35.
Als optionale Besonderheit ist für das dargestellte Ausführungsbeispiel die Schwenkstellung der Finne 1 in eingeschwenktem Zustand gemäß 5 ausschließlich durch deren Anlenkung

- einerseits über das Kulissenelement 17 in der Kulisse 19 an dem Schwenklagerkörper 12 sowie
- andererseits durch das Schwenklager an dem Anlenkkörper 14 und dessen Abstützung über das Betätigungselement 37 an dem hinsichtlich der Position fixierten Schwenk-Aktuator 21

21

Hingegen erfolgt zusätzlich zu der Anlenkung über die zwei genannten Punkte in der ausgeschwenkten Stellung gemäß 7 eine zusätzliche Abstützung der Finne 1 in dem Schwenklagerkörper 12, indem die Finne 1 passgenaue Aufnahme findet in der Durchgangsausnehmung 13, die damit eine Halteausnehmung 36 bildet. Hierzu wird der Endbereich der Finne 1 mit zunehmender Bewegung des Kulissenelements 17 entlang der Kulisse 19 in die Halteausnehmung 36 hereingezogen. Die Wechselwirkung dieses Endbereichs der Finne 1 mit den Begrenzungsflächen der Halteausnehmung 36 bildet eine Abstütz- und/oder Halteeinrichtung 22, über die die Finne 1 zusätzlich abgestützt und/oder gehalten ist. Die Begrenzungsflächen der Halteausnehmung 36 bilden dabei Halteflächen 23 der Abstütz- und/oder Halteeinrichtung 22, an denen der Endbereich der Finne 1 abgestützt ist. Die Halteflächen 23 können dabei wie dargestellt verjüngt ausgebildet sein mit einem entsprechend verjüngten Endbereich der Finne 1, so dass mit dem Hereinziehen der Finne 1 in die Halteausnehmung 36 der Endbereich der Finne 1 keilartig zwischen den Halteflächen 23 eingeklemmt ist. Hierbei kann sich auch je nach dem Neigungswinkel der Halteflächen 23 und der Reibpaarung und den Reibungsbedingungen eine sichernde Selbsthemmung ergeben. Möglich ist auch, dass die Finne 1 mit einem kegeligen Zapfen endet, welcher dann Aufnahme findet in konusförmigen Halteflächen 23.
Der Verschwenkmechanismus 10 gemäß den 5 bis 7 stellt lediglich einen Schwenk-Freiheitsgrad zur Verfügung. 8 zeigt den Einsatz des Verschwenkmechanismus gemäß 5 bis 7 zusammen mit einem Verdrehmechanismus 24 in einer Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung 7:
Gemäß 8 ist der Schwenklagerkörper 12, der hier zweiteilig ausgebildet ist, über ein Drehlager 25 verdrehbar gegenüber dem Flugkörper 6 gelagert unter gleichzeitiger axialer Abstützung durch ein Axiallager 26. Hierbei gibt das Drehlager 25 eine Drehachse 34 vor, welche in dem ausgeschwenkten Zustand der Finne 1 mit der Längsachse 2 der Finne 1 übereinstimmt. Der Schwenklagerkörper 12 verfügt hier über eine Hohlwelle 27, deren Innenraum 28 in die Durchgangsausnehmung 13 mündet. Über einen Dreh-Aktuator 29 kann der Verdrehmechanismus 24, der Schwenklagerkörper 12 und mit diesem die Finne 1 verdreht werden. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist der Dreh-Aktuator 29 als elektrischer Antrieb ausgebildet. Der Dreh-Aktuator 29 steht hier über ein Getriebe 30 in Antriebsverbindung mit dem Schwenklagerkörper 12.
In dem Innenraum 28 der Hohlwelle 27 ist der Schwenk-Aktuator 21 angeordnet, der ein translatorisch bewegtes Aktuator-Abtriebselement aufweist und vorzugsweise ebenfalls als elektrischer Antrieb ausgebildet ist. Das translatorisch bewegte Aktuator-Abtriebselement des Schwenk-Aktuators 21 ist über das Betätigungselement 37 mit dem Anlenkkörper 14 gekoppelt, so dass mittels des Schwenk-Aktuators 21 die auf Grundlage der 5 bis 7 erläuterte Bewegung des Endbereichs der Finne 1 in die Durchgangsausnehmung 13, die Bewegung des Kulissenelements 17 entlang der Kulisse 19 und damit die Verschwenkung der Finne 1 herbeigeführt werden kann.
Der Betrieb der Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung 7 ist wie folgt:

Während des Starts und/oder zu Beginn des Flugs des Flugkörpers 6 befindet sich die Finne 1 in dem eingeklappten und eingeschwenkten Zustand gemäß 2 und der Verschwenkmechanismus 10 befindet sich in der Betriebsstellung gemäß 5.

In einer Flugphase des Flugkörpers 6, in welcher das Ausklappen der Finnen 1 erforderlich ist, wird zunächst der Schwenk-Aktuator 21 betätigt, womit über das Betätigungselement 37 der Endbereich der Finne 1 in die Durchgangsausnehmung 13 hineingezogen wird und die Verschwenkung 5 der Finne 1 nach außen herbeigeführt wird. Am Ende der Betätigung des Schwenk-Aktuators 21 sitzt der Endbereich der Finne 1 fest in der Halteausnehmung 36, so dass die Abstütz- und/oder Halteeinrichtung 22 wirksam wird. Die Finne 1 befindet sich somit in der Betriebsstellung gemäß 3 und der Verschwenkmechanismus 10 befindet sich in der Betriebsstellung, die in 7 dargestellt ist.
Nun erfolgt die Betätigung des Dreh-Aktuators 29, die eine Verdrehung 4 des Schwenklagerkörpers 12 zur Folge hat, mit der auch die Verdrehung 4 der Finne 1 einhergeht. Am Ende der Betätigung des Dreh-Aktuators 29 ist die Betriebsstellung der Finne 1 gemäß 4 erreicht.
Um den Anstellwinkel der Finne 1 zu verändern, kann auch während des Flugbetriebs eine Verdrehung 4 des Verdrehmechanismus 24 und damit der Finne 1 durch Antrieb des Dreh-Aktuators 29 in beide Richtungen um einen beliebigen Winkel erfolgen.
Möglich ist, dass während eines Flugbetriebs mittels eines Betriebs der Aktuatoren 21, 29 sowohl ein Verdrehen der Finne 1 in beide Richtungen und/oder ein Ein- und/oder Ausschwenken der Finne 1 erfolgt. Vorzugsweise erfolgt aber lediglich ein Ausschwenken der Finne 1 und eine Verdrehung der Finne 1 während des Flugbetriebs, ohne dass die Finne 1 wieder an den Flugkörper 6 herangeschwenkt werden muss.
In der vorliegenden Figurenbeschreibung wurde davon ausgegangen, dass eine Verschwenkung 5 der Finne 1 um einen Schwenkwinkel von 90° erfolgt. Dies ist nicht zwingend der Fall. Es sind auch kleinere oder größere Schwenkwinkel möglich. So ist beispielsweise möglich, dass sich die Längsachse 2 der Finne 1 in dem eingeschwenkten Zustand nicht parallel zur Längsachse 9 des Flugkörper 6 erstreckt, sondern gegenüber dieser einen spitzen Winkel bildet. Ebenfalls möglich ist, dass sich die Längsachse 2 der Finne 1 in dem ausgeschwenkten Zustand nicht normal zur Mantelfläche des Flugkörper 6 erstreckt, sondern einen spitzen Winkel zu der Flächennormalen des Flugkörpers 6 bildet, womit die Finne 1 nach vorne oder hinten geneigt sein kann. Möglich ist auch, dass die Querachse 3 der Finne 1 in dem eingeschwenkten Zustand nicht tangential zur Mantelfläche des Flugkörper 6 orientiert ist, sondern vielmehr gegenüber der Mantelfläche geneigt ist. Des Weiteren möglich ist, dass in der ausgeklappten Grundstellung der Finne 1 die Finne 1 bereits gegenüber der Anströmung mit einem kleinen Drehwinkel angestellt ist.
Der Verschwenkmechanismus 10 und der Verdrehmechanismus 24 bilden gemeinsam einen Betätigungsmechanismus 31.
Die Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung 7 ist über einen Flugkörper-Haltebereich 32 an dem Flugkörper 6 gehalten. Der Flugkörper-Haltebereich 32 kann dabei von Lagerflächen des mindestens einen Drehlagers 25 und/oder des Axiallager 26 sowie den Abstützungen der Aktuatoren 21, 29 ausgebildet sein. Möglich ist aber auch, dass die Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung 7 ein Gehäuse aufweist, in dem dann die Drehlager 25 und das Axiallager 26 angeordnet sind und auch die Aktuatoren 21, 29 angeordnet sind. Das Gehäuse bildet dann den Flugkörper-Haltebereich 32 aus, wobei in diesem Fall die Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung 7 über den Flugkörper-Haltebereich 32 an den Flugkörper 6 angeschraubt sein kann oder anderweitig an diesem befestigt sein kann.
Bezugszeichenliste

1: Finne
2: Längsachse
3: Querachse
4: Verdrehung
5: Verschwenkung
6: Flugkörper
7: Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung
8: Nase
9: Längsachse
10: Verschwenkmechanismus
11: Schwenkachse
12: Schwenklagerkörper
13: Durchgangsausnehmung
14: Anlenkkörper
15: Schwenklager
16: Schwenklagerbolzen
17: Kulissenelement
18: Kulissenbolzen
19: Kulisse
20: Zugstange
21: Schwenk-Aktuator
22: Abstütz- und/oder Halteeinrichtung
23: Haltefläche
24: Verdrehmechanismus
25: Drehlager
26: Axiallager
27: Hohlwelle
28: Innenraum
29: Dreh-Aktuator
30: Getriebe
31: Betätigungsmechanismus
32: Flugkörper-Haltebereich
33: Schwenkachse
34: Drehachse
35: Kulissenführung
36: Halteausnehmung
37: Betätigungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2014/197046 A2 [0004]
WO 2008/147453 A2 [0005]
EP 2433084 B1 [0006]
EP 1627200 B1 [0007]
EP 1485668 B1 [0008, 0010]

Claims

Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) mit einem Betätigungsmechanismus (31) zum Ausklappen einer Finne (1), der zwei Freiheitsgrade aufweist, die unabhängig voneinander sind.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7), insbesondere nach Anspruch 1, mit a) einer Finne (1), b) einem Flugkörper-Haltebereich (32) und c) einem Betätigungsmechanismus (31), über den ca) die Finne (1) an dem Flugkörper-Haltebereich (32) oder Flugkörper (6) gehalten ist und cb) die Finne (1) gegenüber dem Flugkörper-Haltebereich (32) oder Flugkörper (6) um eine Drehachse (34) verdrehbar ist und um eine Schwenkachse (33) verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass d) der Betätigungsmechanismus da) einen Verdrehmechanismus (24) aufweist, mittels dessen die Finne (1) gegenüber dem Flugkörper-Haltebereich (32) oder Flugkörper (6) um die Drehachse (34) verdrehbar ist, und db) einen Verschwenkmechanismus (10) aufweist, mittels dessen die Finne (1) gegenüber dem Flugkörper-Haltebereich (32) oder Flugkörper (6) um die Schwenkachse (33) verschwenkbar ist, e) wobei der Verdrehmechanismus (24) und der Verschwenkmechanismus (10) unabhängig voneinander betätigbar sind.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrehmechanismus (24) und der Verschwenkmechanismus (10) hinsichtlich des Kraftflusses in mechanischer Reihenschaltung zwischen die Finne (1) und den Flugkörper-Haltebereich (32) oder den Flugkörper (6) zwischengeschaltet sind.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschwenkmechanismus (10) eine Kulissenführung (35) aufweist.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschwenkmechanismus (10) einen Aktuator aufweist, welcher die Verschwenkung der Finne (1) auslöst und/oder herbeiführt.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein Schwenk-Aktuator (21) ist, der ein translatorisch bewegtes Aktuator-Abtriebselement aufweist.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator eine Federeinrichtung aufweist, die in der einschwenkten Betriebsstellung der Finne (1) gespannt ist und über eine Verriegelungseinrichtung verriegelt ist, wobei die Verriegelungseinrichtung entriegelbar ist, womit die Federeinrichtung die Finne (1) ausklappt.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein Antrieb ist.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschwenkmechanismus (10) einen Schwenklagerkörper (12) aufweist, gegenüber dem die Finne (1) verschwenkbar ist, wobei die Finne (1) in einer ausgeschwenkten Stellung hinsichtlich einer Verschwenkung um die Schwenkachse (33) an einer Abstütz- und/oder Halteeinrichtung (22) an dem Schwenklagerkörper (12) abgestützt ist.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenklagerkörper (12) über den Verdrehmechanismus (24) gegenüber dem Flugkörper (6) verdrehbar ist.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach Anspruch 9 oder 10 in Rückbeziehung auf einen der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenklagerkörper (12) eine Halteausnehmung (36) aufweist, in die die Finne (1) in Richtung der Betätigung des Aktuators eintritt und in der die Finne (1) formschlüssig gesichert ist.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteausnehmung (36) und/oder die Finne (1) sich verjüngende Halteflächen (23) aufweisen.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Finne (1) a) in der eingeschwenkten Stellung über die Kulissenführung (35) und die Anlenkung des Aktuators gehalten ist, und b) in der ausgeschwenkten Stellung über die Kulissenführung (35), die Anlenkung des Aktuators und die Abstütz- und/oder Halteeinrichtung (22) gehalten ist, wobei durch die Abstütz- und/oder Halteeinrichtung (22) die Kulissenführung (35) und/oder die Anlenkung des Aktuators zumindest teilweise entlastet wird.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorhanden ist, welche Steuerlogik aufweist, die den Verschwenkmechanismus (10) und/oder den Verdrehmechanismus (24) ansteuert.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerlogik den Verschwenkmechanismus (10) und den Verdrehmechanismus (24) so ansteuert, dass a) für eine Aktivierung der Finne (1) zunächst ausschließlich der Verschwenkmechanismus (10) betätigt wird, bis die Finne ausgeschwenkt ist, und b) anschließend ausschließlich der Verdrehmechanismus (24) zum Verdrehen der Finne (1) betätigt wird.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerlogik im Flugbetrieb Betriebsgrößen verarbeitet und auf Grundlage der Betriebsgrößen im Flugbetrieb den Verdrehmechanismus (24) so ansteuert, dass in Abhängigkeit von den Betriebsgrößen eine Verdrehung der Finne (1) erfolgt.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stellung der Finne (1) mittels einer Rast- oder Verriegelungseinrichtung sicherbar ist.
Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach Anspruch 9 oder einem der Ansprüche 10 bis 17 in Rückbeziehung auf Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Schwenklagerkörper (12) drehbar gelagert ist, b) der Schwenklagerkörper (12) von einem Dreh-Aktuator (29) verdrehbar ist und c) sich durch den Schwenklagerkörper (12) ein translatorisch betätigtes Betätigungselement (37) erstreckt, welches von einem Schwenk-Aktuator (21) translatorisch bewegbar ist.
Flugkörper (6), insbesondere Rakete, mit einer Flugkörper-Finnenausklappeinrichtung (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betrieb eines Flugkörpers (6) nach Anspruch 19 mit folgenden unabhängig voneinander ausgeführten Verfahrensschritten: a) Ausschwenken der Finne (1) durch Betätigung des Verschwenkmechanismus (10) und b) Verdrehen der Finne (1) durch Betätigung des Verdrehmechanismus (24).
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuerlogik im Flugbetrieb Betriebsgrößen verarbeitet werden und auf Grundlage der Betriebsgrößen im Flugbetrieb und nach dem Ausschwenken der Finne (1) durch Betätigung des Verschwenkmechanismus (10) der Verdrehmechanismus (24) so angesteuert wird, dass eine Verdrehung der Finne (1) gegenüber einer Grundstellung erfolgt.