DE1246419B - Elektrische Schaltungsanordnung fuer lenkbare Flugkoerper - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFt

Int. α.:

B64c

Deutsche Kl.: 62 b -14/09

Nummer: 1246419

Aktenzeichen: C25953XI/62b

Anmeldetag: 10. Januar 1962

Auslegetag: 3. August 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltungsanordnung für lenkbare Flugkörper zur Bildung von Steuerspannungen für die Betätigung der Lenkorgane, wobei die Steuerspannungen, die auf ein flugkörperfestes Koordinatensystem bezogen sind, von einem Ortungssystem aus Lagefehler-Korrekturspannungen erzeugt werden, die vom momentanen Rollwinkel gegenüber seiner Startlage abhängen und auf ein raumfestes Koordinatensystem bezogen sind.

Bei bekannten Schaltungen dieser Art werden sögenannte Transformatiönsachtpole, d. h. trigonometrische Analogrechner verwendet, die nach dem Rollwinkel verstellt werden und die beiden auf das raumfeste Koordinatensystem bezogenen Korrekturspannungen nach den bekannten Transformationsgleichungen in das raketenbezogene Koordinatensystem transformieren. Dabei kann eine verschiedenartige Beeinflussung der beiden Eingangskomponenten zu fehlerhaften Verdrehungen des Summenvektors R der beiden Korrekturkomponenten führen. Damit würde der Flugkörper nicht zum Sollort, sondern an einen falschen Ort gelenkt·. Auch vergrößert dies wesentlich die Gefahr des Instabilwerdens der Flugbewegung.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einfacheren Mitteln genauer. Die erfindungsgemäße Schaltung ist gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Erzeugen der auf das raumfeste Koordinatensystem bezogenen Lagefehler-Korrekturspannungen als entsprechend veränderliche Amplituden von zwei synchronen und zueinander um den Winkel zwischen den Koordinatenachsen, vorzugsweise um 90° phasenverschobene Trägerwechselspannuhgen. Ferner durch eine Phasenschiebervorrichtung zum Verschieben der Phasenlage einer trägerfrequenten Referenzwechselspannung entsprechend dein momentanen Rollwinkel und von der phasenverschobenen Referenzwechselspannung gesteuerte Phasendiskriminatoren für die zueinander phasenverschobenen Trägerwechselspannungen zur Erzeugung der in das flugkörperfeste Koordinatensystem transformierten Korrekturspannungen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 das Signalflußdiagramm der Schaltungsanordnung,

F i g. 2 das zugehörige Vektordiagramm, F i g. 3 das Prinzipschema eines Phasendiskriminators.

Es wird vorausgesetzt, daß mit Hilfe irgendeines Ortungssysterns fortlaufend die Elektrische Schaltungsanordnung für lenkbare Flugkörper

Anmelder:

Contraves A. G., Zürich (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Rathmann, Patentanwalt, Frankfurt/M., Neue Mainzer Str. 40-42

Als Erfinder benannt:

Arthur Girsberger, Glattbrugg (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 7. Juli 1961 (7990)

in einem_ raumfesten Koordinatensystem mit den Achsen X und Y ermittelt werden. Durch Zeitdifferentiation werden beispielsweise auch die zeitlichen Ableitungen

χ =

dx

y =

di

der Lagefehlerkomponenten ermittelt. Diese Ortungsgrößen x, x, y, j können z. B. in bekannter Weise als analogwertige elektrische Gleichspannungen gewonnen und mit Hilfe eines elektrischen Rechennetzwerkes in Korrekturkomponenten

Mx = c(ax + bx) My = c(ay + by)

nenteh x, y der Längsachse Θ, d. h. des Istortes eines lenkbaren Flugkörpers £ in bezug auf einen Sollort

umgerechnet werden, die als entsprechende Querbe-40 schleunigungskomponenten geeignet sind, die momentane Ist-Flugbahn des Flugkörpers K servotechnisch korrekt in eine gewünschte Sollflugbahn überzuführen. Es wird weiterhin vorausgesetzt, daß es sich um einen Flugkörper mit Rollfreiheit handle, der also 45 während des Fluges freie Rollbewegungen um seine Längsachse O ausführen kann. Deshalb enthält er einen kardanisch gelagerten Rollwinkel-Meßkreisel RK, der seine Ausgangswelle fortlaufend auf den momentanen Rollwinkelwert ψ_ο = Ο einstellt. Demgemäß ist Lagefehlerkompo- 50 es notwendig, die auf das raumfeste Koordinaten.-

system ^bezogenen Korrekturkomponenten Mx, My nach dem folgenden Transformationsgleichungs-

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system in auf das raketenbezogene, um den Roll- mit den elektronisch gesteuerten Transistorschaltern winkel ψ verdrehte Koordinatensystem, ζ, H zu trans- ΓΙ, Tl entsprechen. Wenn ein solcher Phasendiskrimiformieren. nator von einer zur Eingangswechselspannung

MK = Mx cos ψ + My sin ψ ; _g A sin (ω_{ + «)

Μη = My cos ψ — Mx sin ψ. frequenzgleichen, aber phasenverschobenen Steuer

wechselspannung

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 werden „;„/-,, ι o\
,. ,_,,., ⁶ · ^{6 e}„ , . M₀ sm (tot + ρ)
die als Gleichspannungen gewonnenen Korrekturkomponenten Mx bzw. My mit Hilfe von Modula- io gesteuert wird, entsteht eine Gleichspannung der toren MOd_x bzw. Mod_y, die von derselben Ausgangs- Größe
wechselspannung A cos (« — ß).

U₀ = U₀ sin mi

Im vorliegenden Fall werden gemäß Fig. 1 die

eines Trägerfrequenzoszillators Osz gesteuert werden, 15 beiden Phasendiskriminatoren ΡΏξ und ΡΏη durch in entsprechend amplitudenmodulierte, unter sich unter sich phasengleiche Spannungen
frequenz- und phasengleiche Wechselspannungen Uw = u sin (ω + w)

U_x = Mx sm ω« gesteuert, die aus einem vom Rollwinkel-Meßkreisel RK

beziehungsweise 20 verstellten Phasenschieber?/) gewonnen werden, dem

U = Mv sin ω ^^e Oszillatorwechselspannung

umgeformt, deren Vektorgrößen in F i g. 2 dargestellt ° *

sind. Mit Hilfe je eines die Amplitude nicht beein- zugeführt wird. Da zwischen der Spannung

flussenden Phasenschiebers — ^-bzv/. + -^- werden die ^a5 I π\

^{4 4} Ur₁ = Ur · sm \(ut + φ

SpannungenKt bzw. Uy in zueinander um 90° phasen- \ 2 /

verschobene Wechselspannungen und der Spannung

I n\ Uf — ^uo' ^sm (^ωί + ψ)

Mx' = Mx sin j w_t 1 3°

, . . ^ ' der Phasenunterschied w — -^-— ψ und zwischen der

beziehungsweise ^r 2 ^r

Spannung
My' = My sin [m_t + —| ^Ra = i/ß · sin (co_f + y)

V ⁴/ 35

und der Spannung

umgewandelt. _u . _sj_n /_ω _j_ \

Durch vektorielle Addition dieser beiden Kompo- °

nenten entsteht eine Wechselspannung der Phasenunterschied φ — ψ besteht, ergibt sich für

40 die Spannung Ul- am Ausgang des Phasendiskrimi-

U_R = V(Mx' + My')² · smieoi-+ φ - —), ^⁰K Ρ^ζ

ν 4/

i7"C = UrCOS (φ — ψ)

die in Fig. 2 ebenfalls als Vektor eingezeichnet ist. _ i/rcosw-cosw + Ursuiw-sw.ii>

Der Wert des Winkels φ zwischen diesem Vektor Ur 45 · „ · · ν——·

und der positiven x-Achse beträgt dabei = Mx' cos ψ + My' · sin ψ.

^My π

φ — arctg——-. Daf/ßjgegenübert/jEaUmdenWinkel^—y

50 verschoben ist, muß im vorstehenden Gleichungs-

Vorläufig wird vorausgesetzt, daß die so gewonnene ^tem überall für cosy der Wert sin? und fürsm ψ der

Wechselspannung U_R nicht weiter beeinflußt wird, Wert-cosy gesetzt werden. Damitentstehtfolgendes

sondern als solche zwei die Amplitude nicht beein- Gleicnungssystem

flussenden Phasenschiebern + -^- bzw. — -^- zugeführt 55 Un = Ur · cos (φ — — — ψ\

werde. Dabei entstehen zwei zueinander wieder um \ ² /

90° phasenverschobene Wechselspannungen — URsin<p-cosip — E/_Äcosy

Ur₁ = Ur sin (a>_t + ψ — —\ 60

My' cos y> -Mx' sin ψ.

Diese beiden Beziehungen für ϋζ und Ui\ ent- beziehungsweise sprechen den früher erwähnten Transformations-

H_R% = Ur sin (tot + φ), gleichungen, und im Vektordiagramm nach F i g. 2

ist gut ersichtlich, daß die auf diese Weise gewonnenen

die in F i g. 2 als Vektoren eingezeichnet sind. 63 Gleichspannungen gleich groß sind, wie die dort ein-

Diese Spannungen Ur₁ bzw. ETr₂ werden je einem gezeichneten Werte Μξ und Μη. Damit ist bewiesen,

Phasendiskriminator ΡΏη bzw. ΡΏζ zugeführt, die daß die bisher beschriebenen Teile der Schaltung dem an sich bekannten Prinzipschaltbild nach Fig. 3 nach F ig. 1 gleichwirken wie ein bekannter, tri-

Claims (6)

gonometrischer Transf ormations-Achtpol. Es können also Gleichspannungen Όζ bzw. ϋη über je einen elektromechanischen Wandler Ψζ bzw. Wq und je einen mechanisch-hydraulischen Servomotor ΞΜζ bzw. ΞΜη in Verdrehungen ζ bzw. η der Flugkörperlenkorgane, d. h. der kardanisch gelagerten Strahldüse SD um die £- bzw. t-Achsen des Flugkörpers umgewandelt werden. Damit werden die gewünschten Korrekturkomponenten Μζ bzw. Μη des Flugbahnveränderungsvektors R erzeugt, die den Flugkörper gegen den gewünschten Sollort lenken. Der resultierende Korrekturvektor R der Flugbahn ist dabei derselbe wie der durch die Korrekturkomponenten Mx und My bestimmte Vektor. Gemäß F i g. 2 ist vorgesehen, die Spannung Ur mittels eines beispielsweise durch einen Programmgeber PGl gesteuerten Begrenzers Bgr auf einen programmatisch vorgesehenen Maximalwert !7h* zu begrenzen, um Übersteuerungen der Lenkorgane zu vermeiden. Dabei kann der Programmgeber von einem die Flugkörpergeschwindigkeit gegenüber Luft anzeigenden Steuersignal VK gesteuert werden. Damit wird die durch die momentane Flugkörpergeschwindigkeit gegebene aerodynamische Stabilität berücksichtigt. Der Programmgeber PGi kann auch einen mit konstanter Drehzahl laufenden Zeitmotor enthalten, der den Begrenzer nach einem vorgegebenen Zeitprogramm steuert. In ähnlicher Weise kann mit Hufe eines von einem Programmgeber PGI programmatisch gesteuerten Verstärkers VR der Verstärkungsfaktor in den Be-Stimmungsgleichungen für die Korrekturkomponenten Mx und My den momentanen aerodynamischen Stabilitätsverhältnissen bzw. den veränderlichen Transfereigenschaften der Lenkorgane angepaßt werden. Mit BPl und BPl sind Bandpaßfilter bezeichnet. Lenkbare Flugkörper sind vielfach mit Meßkreiseln zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeiten Θζ bzw. Θη um die beiden Querachsen ζ bzw. if des Flugkörpers ausgerüstet, um entsprechende Zusatzkomponenten, beispielsweise ebenfalls mit Hilfe von Modulatoren ΜοάΘζ, ΜοάΘη in Form von elektrischen Wechselspannungen ϋθξζ = θξ, η = sin (ω« + ψ) 45 zu gewinnen. Diesekönnten an sich vor den Phasendiskrirninatoren zu den Wechselspannungen Ur1 bzw. Ur2 vektoriell addiert werden. Dann wäre aber unter Umständen doch noch eine Übersteuerung der Lenkorgane möglich. Deshalb ist gemäß Fig. I-vorgesehen, die entsprechenden Modulatoren Μοάθη, ΜοάΘζ zur Gewinnung dieser Zusätzspannungen mit der phasehverschobenen Steuerwechselspannung U0 sin (on + ψ) zu speisen und die gewonnenen Zusatzspannungen ϋθζ bzw. υθη hinter den Modulatoren Mod% bzw. Mody vektoriell zu den Spannungen Ux bzw. Uy zu addieren. Diese Zusatzkomponenten gehen dabei voll in die transformierten Werte ϋζ bzw. ϋη ein, sofern die Vektorsummenspannung Ur nicht begrenzt wird. Auf gleiche Weise ist es möglich, noch weitere Zusatzeinflüsse zu berücksichtigen. Wenn aus einem 0-Kreiselsystem Gleichspannungen gewonnen werden, können sie auch zu den Korrekturspannungen Mx, My addiert werden. Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltungsanordnung für lenkbare Flugkörper zur Bildung von .Steuerspannung für die Betätigung der Lenkorgane, wobei die Steuerspannungen, die auf ein flugkörperfestes Koordinatensystem bezogen sind, von einem Ortungs-• system aus Lagefehler-Korrektarspannungen erzeugt werden, die vom momentanen Rollwinkel gegenüber seiner Startlage abhängen und auf ein raumfestes Koordinatensystem bezogen sind, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zum Erzeugen_der_ auf das raumfeste Koordinatensystem (X, Y) bezogenen Lagefehler-Korrekturspannungen (Mx, My) als entsprechend veränderliche Amplituden von zwei synchronen und zueinander um ilen_Winkel zwischen den Koordinatenachsen (Z, Y), vorzugsweise um 90° phasenverschobene Trägerwechseispannungen (Ur₁, ZJr₂), ferner durch eine Phasenscbiebervorrichtung zum Verschieben der Phasenlage einer trägerfrequenten Referenzwechselspannung (U₀) entsprechend dem momentanen Rollwinkel (φ) und durch von der phasenverschobenen Referenzwechselspannung (Uf) gesteuerte Phasendiskrirninatoren (PD) für die zueinander phasenverschobenen Trägerwechselspannungen (Ur₁, Ur^) zur Erzeugung der in das flugkörperfeste Koordinatensystem (rf, ξ) transformierten Korrekturspannungen (Μξ, Μη).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zum vektoriellen Addieren von zueinander um 90° phasenverschobenen trägerfrequenten Korrekturspannungen (Mx, My) und zum Zerlegen des so gewonnenen Vektors (R) in zwei zueinander um 90 ° phasenverschobene trägerfrequente Spannungen (EZr₁, Urs) vorhanden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zum Begrenzen der die Vektorsumme (R) der beiden Komponenten (Mx, My) analog darstellenden Wechselspannung (Ur) vorhanden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die primär als Gleichspannungen gewonnenen Korrekturspannungen (Mx, My) durch von einer Trägerwechselspannung gesteuerte Modulatoren in amplitudenmodulierte Wechselspannungen umgewandelt, anschließend in Phasenschiebern in um +-|-bzw. --^- phasenverschobene Wechselspannungen (Mx', My') umgewandelt werden, die in Phasenmodulatoren (PD), welche mit der um den momentanen Rollwinkelwert (93) gegenüber der die Modulatoren steuernden Trägerwechselspannung (U<p) phasenverschobenen Trägerwechselspannung ({/„) gesteuert werden, indie gewünschten Steuerkomponenten (ϋξ, ϋη) für die Lenkorgane transformiert werden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungscharakteristik für den Summenyektor (R) der beiden. Fehlerspannungen programmatisch veränderlich ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 für Flugkörper, die Geschwindigkeitskreisel zum Ge-