DE1506045A1

DE1506045A1 - In der Luft fliegendes Ziel

Info

Publication number: DE1506045A1
Application number: DE19671506045
Authority: DE
Inventors: Miller Felder A; Ray Charles L
Original assignee: Hayes International Corp
Current assignee: Hayes International Corp
Priority date: 1966-04-26
Filing date: 1967-01-12
Publication date: 1969-03-27
Also published as: GB1157999A; US3410559A

Description

DR.-!NG. WALTER ABITZ DR. DIETER MORF Patentanwälte

8 München 27, Pienzenauerstraße Telefon 483225 und 486415 Telegramme: Chemindus München

12. Januar 1967 P-487

HAYES INTERNATIONAL CORPORATION

Municipal Airport, Birmingham, Alabama, V.St.A.

In der Luft fliegendes Ziel

Die Erfindung bezieht sich auf ein in der Luft fliegendes Ziel, welches mit einer Infrarotquelle versehen ist, insbesondere mit einer Infrarotquelle, welche durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen gespeist wird.

Die verbreitete Verwendung von Zielen mit Infrarotquellen zum praktischen Nachweis von Flugzeugen ist allgemein be-

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ORIGINAL INSPECTED

kannt. Es werden verschiedene Arten von Flugkörpern mit Zielanflug verwendet, welche eine Quelle von Infrarotenergie abtasten und ihren eigenen Kurs danach richten können. Bisher werden verschiedene Energieformen zur Erzeugung der Infrarotquelle an diesen Zielen einschließlich des Verbrennens von festen Brennstoffen, elektrischer Energie und dergleichen angewendet.

Eine Aufgabe der Erfindung 1st die Schaffung eines Ziels der beschriebenen Art, bei welchem die Infrarotquelle durch das Verbrennen von Kohlenwasserstoffbrennstoffen, beispielsweise eines der flüssigen Petroleumgase, wie Propan, gespeist werden kann. Eine besondere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines mit einer flüssigen Petroleumgasquelle ausgestatteten Ziels mit einer Einrichtung zur Steuerung der Verbrennung von genauen Mengen des Brennstoffs bei verschiedenen Flughöhen oder Luftdichten und unterschiedlichen Luftgeschwindigkeiten, wodurch zu jedem Zeitpunkt eine im wesentlichen vorbestimmte Stärke der Infrarotstrahlung ausgesandt wird.

Eine weitere besondere Aufgabe der Erfindpng 1st die Schaffung einer Einrichtung zur automatischen und genauen Regelung des in den Brenner gelieferten Brennstoff-Luftverhältnisses innerhalb eines vorbestimmten Bereiches, wodurch eine im wesentlichen konstante Infrarotabgabe aufrechterhalten wird.

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Das Ziel gemäß der Erfindung weist einen langgestreckten Körper auf, welcher verschiedene Geräte beherbergt, die zum Betrieb der Anlage nötig sind, wobei der Infrarotstrahler am hinteren Ende des Ziels angeordnet ist. Das Ziel trägt einen Tank von unter Druck stehendem flüssigem Petroleumgas, wie Propan, wobei der Ausdruck "unter Druck stehend" bedeutet, daß der Brennstoff selbst Infolge von Verdampfung in diesem Tank einen Druck erzeugt. Der Brennstoff wird in flüssiger Form zu einem langgestreckten Brenner mit einem Mantel oder Flammenhalter geliefert, welcher innerhalb des Infrarotstrahlers angeordnet ist, und die Menge dieses Brennstoffs wird entsprechend der mit der Höhe veränderlichen Dichte mittels eines Regiere automatisch verändert. Stauluft wird in die Luftzuführung für den Brenner mittels Aufnehmern eingeleitet, welche in Richtung der Bewegung des Ziels durch die Luft nach vorne weisen. In einem verengten Bereich oder einer Venturidüse in der zum Brenner führenden Luftdurchführung 1st eine Pitotrohrleitung und eine statische Druckleitung angeordnet. Diese Leitungen werden auf beide Seiten einer Membran-Betätigungseinrichtung für ein Luftventil geführt, welches die dem Brenner zugeführte Luftmenge regelt. Die aus Pitotrohr und statischer Druckleitung bestehende Anlage wirkt daher so, daß ein im wesentlichen vorbestimmtes Volumen an Brennluft zur Vermischung mit dem Brennstoff bei verschiedenen Fortbewegungsgeschwindigkeiten des Ziels und in verschiedene Luftdichten aufweisenden Höhen aufrechterhalten wird. In einer sehr geringen Höhe von etwa 300 m (1000 feet)

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mittlerer Seehöhe und einer gegebenen Geschwindigkeit von etwa 280 km/h (150 knots) führt das Luftventil ein größeres Gesamtluft· volumen je Zeiteinheit zu als bei der gleichen Geschwindigkeit in einer viel größeren Höhe von etwa 3000 m (10 000 feet). Gleicheeitig nimmt infolge der größeren Druckeinwirkung auf das Brennstoffregelventil die Menge des in den Brenner gelieferten Brennstoffs ab. Daher wird durch Regelung des Luftvolumens und des Brennstoffvolumens die Schaffung eines fliegenden Ziels erreicht, welches in der Lage 1st, gleiche und gleich- artige Infrarotenergie in einem vorbestimmten Infraroten Spektral· bereich bei verschiedenen Geschwindigkeiten und in verschiedenen Höhen und Infolgedessen Luftdichten ausbusenden. Außerdem wird der Infrarotstrahler gem£ß der Erfindung so geformt, daß die Ausstrahlung desselben mit der Ausstrahlungsverteilung eines Flugzeugs übereinstimmt, welches durch das Ziel nachgeahmt werden soll. Schließlich wird eine Zündeinrichtung in Form einer Zündkerze vorgesehen, welche gewehrleistet, daß die Flamme des Ziels während des Betriebs nicht ausgeht oder beim Ausgehen der Flamme den Brenner wieder zündet.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt .

Figur 1 eine Seitenansicht des Ziels gemäß der Erfindung, wobei Teil· weggebrochen und geschnitten sind,

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Figur 'Λ einen vergrößerten Teilschnitt d« s hinteren Endes des Ziels, wobei bestimmte Teile weggebrechen sind,

Figur :$ einen weiteren vergrößerten Teilt chnitt allgemein längs der Linie III-III in Figur 2,

Figur 4 einen vertikalen Teilschnitt durch den Brennstoffregler und

Figur 5 eine graphische Darstellung, in >elcher die Besiehung von Brennstoff zu Luft in verschiedenen lohen dargestellt ist.

Zn den Figuren wird die Erfindung anhand eines in der Luft fliegenden Ziels mit einem allgemein mit 10 bezeichneten langgestreckten Körper beschrieben. Der Körper 10 besitzt eine allgemein rohrförmige Gestalt, weist an seirem hinteren oder rückwärtigen Ende Sätze von Stabilisierungsflossen 11 auf, 1st mit einer Schleppeinrichtung 12 zur Befestigung eines Schleppseils vereshtn und kann an seinem vorderen End« mit einer allgemein mit 14 bezeichneten Elnholfallsohlrm-Kapsel vsrsehen sein. Da der Betrleb des Einholfallschlrma bekannt 1st, wird derselbe hier nicht naher beschrieben·

Der Körper des Ziele kann, wie ausgeführt, aus einem hohlen, langgestreckten Rohr bestehen und 1st an seinem hinteren Ende

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mit dem allgemein mit l6 bezeichneten Infrarotstrahler versehen, welcher allgemein an seinem rückwärtigen Ende kegelstumpf förmig ausgebildet sein kann und einen mittleren, allgemein zylindrischen Abschnitt 17 und einen vorderen, kegelförmigen Abschnitt 18 aufweist, der mit dem hinteren Ende des Körpers IO verbunden ist* Eine undurchbrcchene, kreisförmige Wand 19 1st vorgesehen, so daß der allgemein mit 21 bezeichnete Bereich die Brennkammer für den Brennstoff darstellt, wie weiter unten beschrieben.

Hinter der Wand 19 und innerhalb des Strrhlers 16 ist ein Brennerkopf oder Flammenmantel oder Flamelenhalter 22 angeordnet« Der Flammenhalter kann allgemein kegelförmig ausgebildet sein und eine Vielzahl von öffnungen oder Durchbrüchen in seiner Oberfläche aufweisen, wie bei 13 dargestellt· Die Ansahl dieser Durchbrüche je Flächeneinheit 1st so gewählt, daß die Geschwindigkeit des Brennstoffs cürch diese Durchbrüche erhöht wird, bis sie über der Flammenaustreltungsgesehwlndlgkeit liegt, wodurch der Brennstoff nicht in dta Luftzuführungsrohr zurüokbrennt. Zn der Praxis weist der Martel oder Flammenhalter über seine ganze Oberfläche Offnungen aul, ,welche etwa 32Jf der gesamten Oberfläche desselben entsprechet.

Eine Luft-Brennstoffauleitung 24 ist alt ihrem rückwärtigen Ende durch eine Hüls« 26 mit der Innenseite des konieohen Mantels

22 verbunden. Bei 27 ist eint Venturidüse odtr ein Teil mit ver-

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mindertem Querschnitt dee Rohrs 24 und bsi 28, d.h. am Eintritt sende des Rohres 24, ein erweiterte? Abschnitt vorgesehen.

Der Brennstoff für das Ziel gemäß der Erfindung In Form von flüssigem Propan oder einem ähnlichen Ko llenwasserstoffbrennstoff wird in einem im Ziel mitgeführten Tank 29 gespeichert. Der Tank kann mit einem Einfüllrohr 31 versehen sein und der flüssige Brennstoff wird durch ein Rohr 52 unter Steuerung durch ein Solenoidventil 33 in der Leitung 32 abgezogen. Vom Ventil wird der Brennstoff durch eine Leitung 3■* zu einem allgemein mit 36 bezeichneten Druckregelventil geleitet, welches ausführlicher in ¹HgUr 4 gezeigt 1st. Aus d;r Auslaßseite 37 des Ventils 36 wird der flüssige Brennstoff durch eine Leitung 38 zu einer Brennstoffdüse 39 geleitet _% wel he hinter dem Einlaßende des Rohres 24 angeordnet ist. Eine "-ündflammenleitung 42 mit vermindertem Querschnitt zur kontinuierlichen Zuführung einer geringen Brennstoffmenge mündet bei 42 in die Brennkammer 21. Eine Zündkerze 43 wird über eine Hochspannungsleitung 44 erregt, welche mit einer Zündspule verbunden ist Die Zündspule ist in einem Batteriegehäuse enthalten, welches durch den Kasten 46 dargestellt wird, der außerdem eine elektrische Spannungsquellc;, wie eine Batterie, zur Betätigung der Zündspule und des Solenoids 33 enthält.

Wie in Figur 1 dargestellt, kann die Brei nstoffzuleitung 38 duroh

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ein Rohr 47 geführt sein, welches durch die Mitte des Tanks 29 geführt und strömungsmitteldicht mit dLesern verschweißt ist.

Aue Figur 4 ist ersichtlich, daß der Brenistoffregler 36 eine. Membran 48 enthalten kann, welche rings uia ihren Rand durch die verschraubten Hälften 49 und 51 des Regle'körpers strömungsmitteldicht festgelegt ist. Eine Druckfeder 52, welche durch einen handbetätigbaren Handgriff 53 steuerbar ist, druckt nach unten auf die Oberseite der Reglermembran 48 Ober eine Metallscheibe 54.

Unterhalb der Membran 48 ist ein feststehmder Ventilsitz 55 und eine Mehrzahl von Brennstoffdurchfuhr uigen 56 angeordnet, welche von unterhalb des Sitzes 55 in'den Raum 57 direkt unterhalb der Membran 48 führen.

Der bewegliche Ventilkörper 58 wird durch die Kraft der Feder 59 nach oben gegen den Sitz gedrückt. Ein Stößel 6l, welcher auf der Unterflache der Membran und direk - unterhalb der Scheibe 54 aufliegt, steht mit seinem Schaft; in Birührung mit der oberen Oberfläche des Ventilkörpere 58.

Flüssiger Brennstoff wird dem Regler 36 d irch die öffnung 62 zugeführt und, wie oben angegeben, durch lie öffnung 37 ausgelassen.

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Aus den Figuren 2 und 3 ist ersichtlich, daß der Raum 63 Innerhalb des Körpers 10 mittels einer Mehrzahl von Luftstaurohren 64 unter Druck gehalten wird, welche infolge der Vorwärtsbewegung des Ziels Luft In den Raum 63 liefern. Statt der Verwendung von Stauluft zum Unterdrucksetzen des Raums 63 kann ein Gebläse oder ein Kreiselkompressor verwendet werden, wie er in kleinen Plugzeugen Verwendung findet. Wenn daher das Ziel durch die Luft bewegt wird, steht de? Raum 63, welcher das Eintrittsende des Luftrohrs 24 umgibt, unter überdruck.

Das Ventil zur Steuerung der in das Luft-!rennstoffrohr 24 eintretenden Luftmenge kann die Form eine · Scheibe 66 aufweisen, welche in ihrer Mitte auf einem Bolzen 67 drehbar gelagert 1st, der meinerseits von einer Platte oder ein m Halter 68 unterstützt wird. Die Platte oder der Halter 61 enthält eine Mehrzahl von Löchern 69 und in gleicher Welse enthält die Ventilscheibe 66 mehrere Löcher 71* Wenn diese köcher miteinander zur Deckung kommen, wie In Figur 3 dargestellt, 1st das Ventil weit geöffnet und es kann eine maximale L lftmenge in das Rohr eintreten. Die Ventilscheibe 66 wird durc t die Federn 72 In ihre veil geöffnete Stellung gezogen, wie weit >r unten beschrieben.

Die angetriebene Betätigungseinrichtung f Ir das Ventil 66 kann die For* einer allgemein mit 73 bezeichne en Druokdifferens-Membransteaerung besitzen. Die Einrichtung b> »steht aus dem Gehäuse 74 und der luftdicht zwischen die Hälften desselben geklemmten

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Membran 76. Ein Betätigungsschaft 77 ist durch eine Packung oder Dichtung 78 geführt. Ein Stift 79 ist durch eine langgestreckte Schlitzöffnung 81 in dem nach außen stehenden Arm 82 gesteckt, welcher mit der Ventilscheibe 66 einstückig 1st. Ein aus der Seite des Schaftes 77 vorstehender Stift 83 kann ' in der vollgeöffneten Ventilstellung in Abhängigkeit von der Wirkung der Federn 72 an einer Anschlagplatte 84 zur Anlage kommen.

Vie in Figur 2 gezeigt, wird in der Venturidüse oder dem Teil 27 mit vermindertem Querschnitt des Rohrs 24 ein Pitotrohr 86 angeordnet. Außerdem ist im Venturlabschnitt des Rohrs 24 ein statischer Anschluß 87 angeordnet. Das Pitotrohr 86 1st durch ein Rohr 88 mit dem unterhalb der Membran 76 gelegenen Teil des Gehäuses 74 der Betätigungseinrichtung 73 verbunden. Der statische Ansohluß 87 ist über eine Leitung 89 mit dem oberen Teil des Gehäuses 74 oberhalb der Membran 76 verbunden.

Der Strahler 16 kann »war aus verschiedenen Stoffen hergestellt werden, es wird Jedooh bevorzugt, denselben aus gesinterten Drahtgewebeplatten herzustellen. Eine geeignete Form eines . solchen Stoffe wird unter der Handelsbezeichnung "RIQIMESH¹¹ von der Aircraft Porous Media, Inc., Öler Cove, Long Island, New York, V.St.A·, gehandelt. Dieses Material 1st porös genug, daß die Verbrennungsproduktβ det Brenners durch dasselbe

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durchtreten können und gleichzeitig Infrarotenergie Im geeigneten Sprektralbereieh abgegeben wird. Weiter wird bemerkt, daß die Form des Strahlers 16, die Außenfläche des Mantels 22 und die Innenwände des Strahlers allgemein im wesentlichen konstant ist. Es hat sich herausgestellt, daß dadurch eine bessere Wörmeverteilung rings um die Innenseite des Strahiere und eine genauere Energieverteilung erzielt wird, d.h. eine Energieverteilung, welche möglichst genau der Infrarotabstrahlung einer Düsenmaschine entspricht. In der Praxis wird ein keramisches Material, wie Aluminiumoxyd, mit der Flamme auf die Außenfläche des Mantels aufgesprüht, um dadurch die Möglichkeit eines Zurückschlagens der Flamme, in die Luftleitung möglichst klein eu machen.

Anhand des Gesagten kann nun der Aufbau uni die Verwendung des erfindungsgemüßen Ziels und dessen Vorteila ausführlich erläutert werden. Wenn das Ziel von einem Trägerflugzeug gestartet und geschleppt werden soll, wird es hinter dem schleppenden Flugzeug durch das Seil 13 abgelassen. Mittels bestimmter nicht gezeigter Losmacheschalter oder, wenn gewünscht, unter Steuerung eines ebenfalls nicht gezeigten, auf Radiρsignale ansprechenden Mechanismus wird das Solenoid 33 erregt uni die Hochspannungsspule für die Zündkerze 43 wird ebenfalls srregt. Wenn der Steuerhandgriff 53 dee Reglers 36 vorher in die vorbestimmte Lage gebracht worden ist, wird das Ziel nunmehr durch die Luft geschleppt, worauf durch die Staustrahlrohre 6Ί der Raum 63 ringe um das Ende des Luft-Brennstoffrohre 24 un;er Druck gesetzt wird. Zn<

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folge der gegenseitigen Anordnung des Pitotrohrs 86 und des statischen Anschlusses 87 wird die blendenartige Ventilscheibe 66 genau gesteuert, um das ins Innere des Rohrs 24 sowohl entsprechend der Bewegung des Ziele durch die Luft al« auch der Dichte der Luft eingelassene Luftvolumen bu regeln, wobei sich die Luftdichte natürlich mit der Höhe Sndert. Da der Brennstoff in flüssiger Form der Düse 39 durch den Regler 36 zügeführt wird und da der obere Teil des Reglers 36 durch eine Öffnung 91 mit der Atmosphäre verbunden ist, nimmt die Menge des zugeführt en Brennstoffes mit der Höhe ab. Beim Abfallen der Brennstoffzuführung mit der flöhe muß daher das in das Rohr 24 eintretende Luftvolumen ebenfalls verringert werden und dies wird automatisch infolge der Beziehung von Pitotrohr und statischer Leitung 87 bewirkt, da diese veränderlichen Einrichtungen die Einstellung der Membran 76 der Betätigungseinrichtung 73 beeinflussen. Daher wird durch Voreinstellung der gesamten erforderlichen Energiemenge durch Einstellen des Handgriffe 53 des Reglers 36 eine vollständige Verbrennung des Brennstoffe gewährleistet, indem die richtige Luftmenge unter veränderlichen Bedingungen der Geschwindigkeit und Luftdichte infolge von Höhen-Snderungen zugeführt wird.

In Figur 5 sind typische graphische Darstellungen der Strömunc»- verhältnisse Brennstoff/Luft für verschiedene Höhen geseigt, welche mit der Anordnung nach der Erfindung erzielt werden. Da die bei steigenden Höhen auftretend· niedrigere Luftdichte die

Konvektionskühlung des Strahlex»l6 verringert, ist ein geringerer Brennstoffverbrauch zur Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Energieabgabe erforderlich. Dies ergibt die jeweiligen Neigungen der Kurven in Figur 5. Das Ziel gemSß der Erfindung kann zwar geschleppt werden, es kann jedoch auch vorteilhaft direkt auf einem Flugzeug oder einem ferngesteuerten Flugkörper befestigt werden.

Aus dem Gesagten ist zu entnehmen, daß durch die Erfindung ein Ziel geschaffen wird, welches mit einer Infrarotquelle ausgestattet ist, die durch einen Kohlenwasserstoffbrennstoff gespeist wird. Der Brennstoff wurde zwar als Flüssigkeit beschrieben, es 1st jedoch klar, daß er.auch gasförmig sein kann. Ein flüssiger Brennstoff, wie Propan, wird jedoch infolge seines hohen W&rmegehalts und infolge der Genauigkeit bevorzugt, mit welcher die durch den Regler, wie den bei j>6 gezeigten, strömende Menge geregelt werden kann.

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Claims

ρ-487 12. Januar Patentansprüche

1. In der Luft fliegendes Ziel, gekennzeichnet durch · · a) einen langgestreckten Körper, welcher der Lfnge nach durch die Luft bewegt werden kann,

b) einen vom Ziel getragenen Vorrat von unter Druck stehendem Kohlenwasserstoffbrennstoff,

c) einen Infrarotstrahler am hinteren Ende des Ziels,

d) einen Brenner für den Brennstoff, welcher so angeordnet ist, daß er WSrme in den Strahler liefert,

e) eine Zuführeinrichtung von unter Druck stehender Brennluft für den Brenner und

f) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Luftdichte betätigbare Einrichtungen, um ein im wpsentliehen konstantes Verhältnis der dem Brenner zugeführten Luft zu dem zugeführten Brennstoff aufrecht tu erhalten.

2. Ziel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler so geformt ist, daß er Infrarotenergie in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Verteilung abgibt und daß der Strahler aus Material hergestellt ist, welches eine ausreichende Porösität besitzt, um die Verbrennungsprodukte des Brenners durch dasselbe durchtreten su lassen. · ·

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3. Ziel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler ein maximales Emissionsvermögen Innerhalb eines vorbestimmten Infraroten Spektralbereichs besitzt.

4. Ziel nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daft die Einrichtungen zur Aufrechterhaltung des Brennstoff-Luftverhältnlsses ein Ventil, welches die Strömung der Brennluft sum Brenner regelt, eine Steuereinrichtung für das Ventil, welche auf die Geschwindigkeit des Ziels und auf die Luftdichte anspricht und bei Änderungen dieser beiden Werte betätigbar ist, um eine vorbestimmte Strömung von Brennluft zum Brenner aufrechtzuerhalten, ein Regelventil für den Brennstoff und eine Steuereinrichtung für das Brennstoffventil aufweisen, welche auf Verringerungen in Luftdruck und Diohte ansprechen, um die Strömung von Brennstoff zum Brenner innerhalb des vorbestimmten Bereichs su vermindern, und umgekehrt.

5. In der Luft fliegendes Ziel, welohes mit einer kohlenwasser •toffbefeuerten Infrarotstrahlungsquelle ausgestattet 1st, gekennzeichnet durch *

a) einen Brenner für den Brennstoff,

b) eine Durchführung für die Lieferung von Brennluft zum Brenner,

c) ein Ventil, welches die Luftströmung In der Durchführung steuert,

d) eine Differenzdruck-Betätigungseinrichtung, welche zur Veränderung der Einstellung arbeitsmäßig mit dem Ventil verbunden ist, und

e) eine Fltotrohr- und eine statische Leitung, welche die -Differenzdruck-Betätigungseinrichtung mit der Luftzufuhr-Durchführung arbeitsmäßig verbinden, wodurch die Betätigungseinrichtung das Ventil einstellt, um eine im wesentlichen konstante Druckdifferenz zwischen Pitotrohr druck und statischem Druck in der Luftdurchführung aufrechtzuerhalten.

6, Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung eine Membran aufweist, die Pitotrohr leitung mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist, um eine VentilschlleJ&kraft auf die Membran beim Auftreten eines steigenden Pitotrohrdruckes auszuüben, die statische Leitung mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist, um eine Ventilschließkraft auf die Membran beim Auftreten eines fallenden statischen Drucks auszuüben, und daß eine Einrichtung zur Belastung des Ventils in seine geöffnete Stellung mit einer Kraft vorgesehen ist, welche im wesentlichen der resultierenden Kraft entspricht, die auf die Membran durch eine gegebene Druckdifferenz zwischen Pitotdruck und statischem Druck ausgeübt wird.

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