DE1506133A1

DE1506133A1 - Triebwerk fuer Luft- und Raumfahrzeuge

Info

Publication number: DE1506133A1
Application number: DE19671506133
Authority: DE
Inventors: Henryk Pyptiuk
Original assignee: British Aircraft Corp Ltd
Current assignee: British Aircraft Corp Ltd
Priority date: 1966-01-17
Filing date: 1967-01-11
Publication date: 1969-07-17
Also published as: DE1506133B2; GB1169342A; US3532304A; FR1507987A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Luft- und Raumfahrzeuge, bei denen die Stabilität und Steuerung um die Steigungs-, Gierungs- und Rollachsen durch Verschwenkung von wenigstens zwei Motoren zur Veränderung ihrer Schubrichtung erreicht wird.

Bei Fahrzeugen dieser Art waren bisher für jeden schwenkbaren Raketenmotor zwei Betätigungsvorrichtungen erforderlich, und die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Herabsetzung der Anzahl der insgesamt erforderlichen Betätigungsvorrichtungen.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Triebwerk für ein Raketenfahrzeug wenigstens einen Raketenmotor auf jeder Seite einer die Rollachse des Fahrzeugs enthaltenden Ebene, eine Verbindung zwischen jedem Motor und einem festen Teil des

Fahrzeugs, die jeweils eine Schwenkbewegung des zugeordneten Motors sowohl um die Steigung als auch um die Gierungsachse des Fahrzeugs gestatten, Mittel, die die Motoren untereinander verbinden, um bei entsprechender Verschiebung der Verbindungsmittel eine Schwenkbewegung um eine oder beide der Steigungs- oder Gierungsachsen durchzuführen, sowie zum Verschwenken der Motorachsen zusammen in demselben Drehsinn um die Rollachse des Fahrzeugs beim Drehen der Verbindungsmittel, sowie drei Betätigungsvorrichtungen, von denen die ersten und zweiten die Schwenkbewegung des Motors um die Steigungs- bzw. Gierungsachsen bewirken und die dritte die Schwenkbewegung um die Rollachse des Fahrzeugs bewirkt.

Vorzugsweise befinden sich auf jeder Seite der die Rollachse enthaltenden Ebene zwei Motoren, und die vier Motoren sind mit gleichen Winkelabständen voneinander um die Rollachse herum angeordnet.

Die Verbindungsmittel können ein in der Längsrichtung verlaufendes Bauteil umfassen, das sich im wesentlichen längs der Rollachse im Fahrzeug erstreckt und das zwischen seinen Enden zur Ausführung einer allseitigen Bewegung angeordnet ist, wobei ein Ende des Bauteils für jeden Motor einen sich im wesentlichen radial forterstreckenden Arm aufweist, der an einem Ende um eine solche Achse drehbar daran angelenkt ist, daß der Arm sich in einer die Achse des Bauteils enthaltenden Ebene verschwenken kann, während das andere Ende jeden Armes mit seinem zugeordneten Motor zur Ausführung einer Schwenkbewegung wenigstens in der die Bauteilachse enthaltenden Ebene verbunden ist. Zwei der Betätigungseinrichtungen wirken auf das andere Ende des Bauteils im rechten Winkel zueinander und zur Bauteilachse ein. Die dritte Betätigungsvorrichtung ist so angeordnet, daß sie das Bauteil um seine eigene Achse dreht.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen hervor. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Raketenmotorgruppe in Richtung der Pfeile 1-1 der Fig. 2, die in dem Heck eines Raumfahrzeugs befestigt werden würde,

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung auf das Heck des Fahrzeugs bei Fortlassung bestimmter mittlerer Teile,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Raketenmotorgruppe teilweise im Schnitt auf einer Mittelebene zur Darstellung des Betätigungsprinzips, wobei im Interesse der Klarheit bestimmte Teile fortgelassen und andere Teile nur im Umriß veranschaulicht sind,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer Einzelheit der Fig. 3 in Richtung der Pfeile IV,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 8,

Fig. 7 einen Teilschnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6,

Fig. 8 eine Darstellung in Richtung der Pfeile VII-VII der Fig. 6,

Fig. 9 schematisch die Anordnung der Raketenmotoren innerhalb der Gruppe, sowie der zugeordneten Steuerbetätigungen und

Fig. 10 in vergrößertem Maßstab einen Teil der Verbindung zwischen jedem Motor und des in der Längsrichtung liegenden Bauteiles.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen vier Raketenmotore 10, 11, 12 und 13, die je eine Düse 14 aufweisen und über Stutzen 15 bzw. 16 mit Sauerstoff und Wasserstoff versorgt werden. Jeder Motor ist durch eine Kupplung 17 getrennt an einem rohrförmigen Schubring 18 befestigt, und die Achse 14A jedes Motors kann in Grenzen in jede Richtung mit Bezug auf die Längssollachse 17A (Fig. 5) des Fahrzeugs verschwenkt werden. Die Kupplung gestattet eine Verschwenkung des zugeordneten Motors um die Steigungs- und Gierungsachsen des Fahrzeugs. Die Kupplung kann ein Kugelgelenk sein. Der gesamte Schub von den Motoren wird über die Kupplung 17 auf den Schubring 18 übertragen.

Der Schubring 18 ist durch ein starres rohrförmiges Bauteil, von dem Teile 18A gezeigt sind, an einem Haltering 19 befestigt, der wieder durch nicht gezeigte Mittel an dem Heckschott 19A (Fig. 1) des Raumfahrzeugs 19B starr befestigt ist.

Die Fig. 1, 3 und 9 zeigen die Anordnung, durch welche der Winkel der Motoren zur Steuerung oder Stabilisierung des Raumfahrzeugs um die Steigungs-, Gierungs- und Rollachse überwacht werden kann. Die Anordnung besteht im wesentlichen aus einer Welle oder einem Mast 20 mit einer Teilkugeloberfläche 21, die zu ihrem bzw. seinem Mittelpunkt hinliegt, der in einem Gehäuse 22 sitzt. Der Mast 20 ist somit zwischen seinen Enden zur Ausführung einer allseitigen Bewegung gelagert. Das Gehäuse 22 wird mittels dreier rohrförmiger Körper 23 auslegerarmartig von dem Schubring 18 gehalten. Die Längsachse 20A des Mastes 20 fällt im wesentlichen mit der Rollachse 17A des Raumfahrzeuges zusammen.

An dem einen Ende des Mastes 20 ist ein kreuzartiger Körper 24 (Fig. 10) befestigt, der aus einer mittleren Erhöhung 25 und vier Armen 26 besteht, die um von den Achsen 17A und 20A versetzte und im rechten Winkel zu ihnen angeordnete Achsen 26A daran angelenkt sind. Die Arme 26 erstrecken sich im wesentlichen radial von der Achse 20A des Mastes 20 fort. Die Erhöhung 25 ist an dem unteren Ende des Mastes an einer Kugel 20B verkeilt, um eine relative Drehbewegung zwischen diesen Teilen um die Achse 20A zu verhindern, wie es durch den Keil 25A, der sich in der Keilumfangsnut 25B der Kugel 20B bewegt, angedeutet ist.

Die äußeren Enden jedes Armes 26 sind jeweils an einem Joch 27 auf jeder Raketenmotordüse 14 zur Ausführung einer allseitigen Bewegung angelenkt, beispielsweise durch ein Kugelgelenk

40, 40A. Die Arme 26 bilden somit sekundäre Befestigungspunkte für die Raketenmotoren. Die inneren Enden der Arme 26 sind derart mit der Erhöhung 25 verbunden, daß eine Schwenkbewegung jedes Armes nur in einer die Längsachse 20A des Mastes 20 enthaltenden Ebene gestattet ist.

Wahlweise kann die Verbindung zwischen jedem Arm 26 und der Erhöhung 25 auch eine Relativbewegung zu einer zweiten, die Mastachse enthaltenden Ebene gestatten, wobei diese zweite Ebene im rechten Winkel zu der die Mastachse enthaltenden Ebene liegt, z.B. kann die Verbindung ein Kugelgelenk sein. In diesem Falle kann die Verbindung zwischen jedem Arm 26 und seinem zugeordneten Motor eine solche Relativbewegung in dieser zweiten Ebene nicht gestatten, z.B. könnte die Verbindung eine Gelenkverbindung sein.

Die Flugüberwachung und Stabilisierung des Raumfahrzeuges erfolgt durch Veränderung der Winkeleinstellung der Raketenmotoren mit Bezug auf die Rollachse 17A des Fahrzeugs zur Veränderung der Schubrichtung der Motoren. Dieses wird durch die Betätigungsvorrichtungen 28, 29, 31, die in den Fig. 3 und 9 dargestellt sind, erreicht.

Die Betätigungsvorrichtungen 28 und 29 bestehen aus zwei hydraulischen Hebern, deren Stößel durch ein Kugelgelenk 30 und eine Gelenkverbindung 30A mit dem oberen Ende des Mastes 20 verbunden sind. Die Betätigungszylinder 30C sind an dem festen

Bauteil der Raketenmotorlagerungen verankert, so daß die Stößel im rechten Winkel zueinander arbeiten. Das Aus- und Zurückziehen der einzelnen Stößel verschwenkt den Mast 20 um seine innere mittlere Kugelfläche 21 und kippt die Raketenmotoren mittels der Arme 26 um ihre Kupplungen 17, so daß ihre Schubrichtungen ein Drehmoment für das Fahrzeug erzeugen. In Fig. 1 ist in gestrichelten Linien eine Lage gezeigt, die durch die Bezugszeichen 10'/12', 11'/13' bezeichnet ist.

Die Betätigungsvorrichtung 31 ist auch an dem festen Bauteil der Motorgruppe befestigt. Sie besteht aus einem umlaufenden hydraulischen Motor mit einer geneigten Taumelplatte 31A, die so angeordnet ist, daß sie den Mast um seine Längsachse dreht, um eine Steuerung im Rollsinn zu gewährleisten. Der Motor ist in bekannter Ausführung und braucht nicht weiter beschrieben zu werden. Beim Drehen des Mastes werden die Arme 26 gedreht, und dadurch werden die Motoren verschwenkt, so daß ihre Schubrichtungen ein Rollmoment für das Fahrzeug erzeugen. Wahlweise kann die Betätigungsvorrichtung 31 ein hydraulischer Heber ähnlich den Betätigungseinrichtungen 28, 29 sein.

Jede Betätigungsvorrichtung kann zur Erlangung einer Steuerung in allen Flugzuständen unabhängig von oder gleichzeitig mit den anderen Betätigungsvorrichtungen betrieben werden, und zwar durch bekannte Vorrichtungen, die nicht weiter beschrieben zu werden brauchen.

Die Fig. 4 und 9 zeigen die Art der Übertragung der Drehbewegung von der Rollbetätigungsvorrichtung 31 auf den Mast 20, während noch die Kippfähigkeit des Mastes unter der Einwirkung der Steigungs- und Gierungsbetätigungsvorrichtung 28 und 29 erhalten bleibt. Wie bereits erwähnt, wird die auf dem Mast 20 gebildete Kugelfläche 21 in einem Gehäuse 22 gehalten, das eine Lagerschale 36 enthält, die innerhalb zweier Kugelringe 34 und 35 gehalten ist. Das Gehäuse 22 ist durch die Körper 23 fest angeordnet und hält außer dem Mast 20 auch die Rollbetätigungsvorrichtung 31. Die Betätigungsvorrichtung 31 erteilt einer Schneckenwelle 32 eine begrenzte Drehbewegung. Die Schneckenwelle 32 kämmt mit einem Zahnsegment 33, das an der Lagerschale 26 befestigt ist. Die Betätigungsvorrichtung 31 ist somit in der Lage, die Lagerschale 36 innerhalb eines begrenzten Winkels in beide Richtungen zu drehen. Die Drehbewegung wird durch einen Stift (s. Fig. 7) auf den Mast 20 übertragen. Der Stift 37 ist an der Lagerschale 36 befestigt und arbeitet mit einer axial verlaufenden Nut 37A zusammen, die in der Kugelfläche 21 gebildet ist. Die Drehbewegung wird somit in jeder Winkellage des Mastes 20 übertragen, die von den Steigungs- und Gierungsbetätigungsvorrichtungen hervorgerufen wird.

Die Motoren brauchen nicht symmetrisch um eine Rollachse des Fahrzeugs enthaltende Ebene herum angeordnet zu werden, sie werden jedoch vorzugsweise derart symmetrisch angeordnet.

Es könnten drei Motoren jeweils auf einer diametralen Ebene zwischen den anderen beiden angeordnet sein, vorausgesetzt, daß die Verbindungsmittel so angeordnet werden können, daß sie die Motoren in allen Bewegungslagen nicht berühren.

Die Erfindung ist vorzugsweise auf bemannte Raumtransportfahrzeuge mit Motoren anwendbar, die nicht nur automatisch gesteuert werden, sondern auch von dem Flugzeugführer überwacht werden können, sie ist jedoch ebenso auf ballistische Flugkörper und Satellitenabschußgeräte anwendbar.

Die beschriebenen Anordnungen haben den Vorzug der Einfachheit im Vergleich zu bekannten Vorschlägen und sind dafür zuverlässiger. Hierdurch wird die Überwachung durch den Flugzeugführer vereinfacht.

Claims

1. Triebwerk für ein Raketenfahrzeug, insbesondere ein Raumfahrzeug mit wenigstens einem Raketenmotor auf jeder Seite einer die Rollachse des Fahrzeugs enthaltenden Ebene, einer Verbindung zwischen jedem Motor und einem festen Teil des Fahrzeugs, wobei jede Verbindung eine Schwenkbewegung des zugeordneten Motors sowohl um die Steigungs- als auch um die Gierungsachse des Fahrzeugs zuläßt, sowie Betätigungsvorrichtungen zur Einleitung dieser Schwenkbewegung, gekennzeichnet durch Mittel (20, 26), die die Motoren (10 bis 14) miteinander verbinden, um bei entsprechender Verschiebung der Verbindungsmittel eine Schwenkbewegung um eine oder beide der Steigungs- und Gierungsachsen auszuführen, sowie zur Ausführung einer Schwenkbewegung der Achsen (14A) der Motoren zusammen in demselben Drehsinn um die Rollachse (17A) des Fahrzeugs beim Drehen der Verbindungsmittel, und drei Betätigungsvorrichtungen, von denen die erste und zweite (28, 29) die Schwenkbewegung der Motoren um die Steigungs- bzw. Gierungsachsen bewirken und die dritte (31) die Schwenkbewegung um die Rollachse des Fahrzeugs bewirkt.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Motoren auf jeder Seite der die Rollachse enthaltenden Ebene, wobei die vier Motoren (10 - 13) mit gleichen Winkelabständen um die Rollachse (17A) des Fahrzeugs angeordnet sind.

3. Triebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel ein in Längsrichtung verlaufendes Bauteil (20) einschließt, das sich im wesentlichen längs der Rollachse (17A) des Fahrzeuges erstreckt, zwischen ihren Enden zur Ausführung einer allseitigen Bewegung angeordnet ist, und ein Ende einen im wesentlichen radial verlaufenden Arm (26) für jeden Motor aufweist, der an einem Ende um eine solche Achse drehbar daran angelenkt ist (bei 26A), daß sich der Arm in einer die Achse des Bauteiles enthaltenden Ebene verschwenken kann, während das äußere Ende dieses Armes zur Ausführung einer Schwenkbewegung in wenigstens der die Bauteilachse enthaltenden Ebene mit seinem zugeordneten Motor (bei 40) verbunden ist.

4. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Betätigungsvorrichtungen (28, 29) zur Einwirkung auf das andere Ende (30) des Bauteiles (20) im rechten

Winkel zueinander und die dritte Betätigungseinrichtung (31) so angeordnet sind, daß sie das Bauteil um ihre Achse dreht.

5. Triebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Betätigungsvorrichtungen (28, 29) hydraulische Heber sind.

6. Triebwerk nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Betätigungsvorrichtung (31) ein umlaufender hydraulischer Motor ist.