DE1506133C

DE1506133C - Pivoting device for at least two rocket engines, especially for space vehicles

Info

Publication number: DE1506133C
Authority: DE
Inventors: Henryk Preston Lancashire Pyptiuk (Großbritannien). B62b 7-08
Original assignee: British Aircraft Corp Ltd
Current assignee: British Aircraft Corp Ltd
Publication date: 1972-08-10

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schwenkvorrichtung für stellung aller Triebwerke zur Erzeugung eines RoIl-The invention relates to a swivel device for setting all engines to generate a RoIl-

mindestens zwei Raketentriebwerke, insbesondere für momentes zu lösen.to solve at least two rocket engines, especially for a moment.

Raumfahrzeuge, die am oberen Ende an einem In vorteilhafter Ausgestaltung der Schwenkvor-Gestell gelenkig aufgehängt sind und am unteren richtung sieht die Erfindung vor, daß die das untere Teil Lenker aufweisen, die an einem konzentrisch 5 Ende des Steuerhebels mit den Triebwerken verbinzur Rollachse liegenden zentralen Steuerhebel an- denden Lenker sich radial vom Steuerhebel ergelenkt sind, der zwischen seinen Enden kardanisch strecken und in durch die Achse des Steuerhebels gelagert ist, so daß durch Schwenken des Steuer- gehenden Ebenen schwenkbar an einer Nabe angehebeis jedes Triebwerk zur Erzeugung von Nick- lenkt sind, die um die Achse des Steuerhebels unver- und Giermomenten schwenkbar ist. io drehbar, jedoch in einer durch die Achse des Steuer-Spacecraft, which at the upper end on a In an advantageous embodiment of the swivel front frame are hinged and at the lower direction, the invention provides that the lower Have part handlebars that verbinzur at a concentric 5 end of the control lever with the engines The central control lever adjacent to the roll axis is deflected radially from the control lever are that gimbal between its ends and stretch in through the axis of the control lever is mounted, so that by swiveling the steering the walking plane can be swiveled on a hub each engine for generating pitch steer, which is around the axis of the control lever un- and yaw moments is pivotable. io rotatable, but in a direction defined by the axis of the control

Die bekannte Schwenkvorrichtung, von der die hebeis gehenden Ebene verschwenkbar am unteren Erfindung ausgeht, weist einen konzentrisch zur Roll- Ende des Steuerhebels angebracht ist.
achse angeordneten, zwischen seinen Enden kar- Gemäß der Erfindung soll die gleichzeitige Verdanisch gelagerten Steuerhebel auf,' dessen oberes Schwenkung aller Triebwerke zur Erzeugung der Ende von Hand betätigt wird und dessen unteres 15 Momente um die drei Achsen mit Motorkraft erEnde gelenkig über einen Lenker mit einem recht- reicht werden, und zwar mit weniger Motoren als. eckigen Steuerrahmen verbunden ist, dessen Ecken dies bisher möglich war. Zu diesem Zweck besteht gelenkig mit den unteren Teilen der Raketentrieb- ein weiteres Merkmal der Erfindung darin, daß zur werke verbunden sind. Mit dieser Vorrichtung Erzeugung der Nick- und/oder Giermomente zwei können die vier Triebwerke synchron zur Erzeugung 20 rechtwinklig zueinander und parallel zur Nick- und eines Gier- und/oder Nickmomentes nicht aber eines Gierachse angeordnete Stellmotoren am oberen Ende Rollmomentes verschwenkt werden. des Steuerhebels angelenkt sind, und daß ein dritterThe known pivoting device, from which the lifting plane starts pivotably on the lower invention, has a concentric to the rolling end of the control lever is attached.
axis arranged, between its ends kar- According to the invention, the simultaneous Verdanisch mounted control lever, 'whose upper pivoting of all engines to generate the end is operated by hand and whose lower 15 moments around the three axes with motor power he end articulated via a handlebar with be righteously rich with fewer engines than. angular control frame is connected, the corners of which this was previously possible. For this purpose, there is articulated with the lower parts of the rocket engine- another feature of the invention is that they are connected to the works. With this device generating the pitch and / or yaw moments two, the four engines can be pivoted synchronously with the generation 20 at right angles to each other and parallel to the pitch and a yaw and / or pitch moment but not a yaw axis arranged servomotors at the upper end of the roll moment. of the control lever are hinged, and that a third

Es sind ferner Schwenkvorrichtungen für gewöhn- Stellmotor den Steuerhebel über eine Triebverbin-There are also swivel devices for normal servomotor the control lever via a drive connection

lich vier Triebwerke bekannt, bei deren jedem Trieb- dung um seine Längsachse zu drehen vermag. HierbeiFour engines are known, each of which is able to rotate around its longitudinal axis. Here

werk zwei Stellmotoren zugeordnet sind, was natür- 25 kann gemäß der Erfindung der dritte Stellmotor einWerk two servomotors are assigned, which can of course, according to the invention, the third servomotor

lieh recht aufwendig ist. Eine diesen Nachteil ver-· hydraulischer Rotationsmotor sein,borrowed is quite expensive. One of these disadvantages can be hydraulic rotary motor,

meidende bekannte Schwenkvorrichtung sieht für Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Er-avoiding known pivoting device provides for an embodiment of the subject matter of the

jedes Triebwerk, in diesem Falle ebenfalls vier, einen findung soll nunmehr an Hand der ZeichnungenEach engine, in this case also four, should now be found on the basis of the drawings

Stellmotor vor. Die vier Triebwerke sind so ange- beschrieben werden. Es zeigtServomotor before. The four engines are described in this way. It shows

ordnet, daß zwei Triebwerke um eine sich parallel 30 F i g. 1 eine Seitenansicht einer Raketenantriebzur Gierachse und die beiden anderen Triebwerke werksgruppe in Richtung der Pfeile 1-1 der Fig. 2, um eine sich parallel zur Nickachse erstreckende F i g. 2 eine Rückansicht des Triebwerks bei Fort-Achse verschwenken lassen, wobei sich diese beiden lassung bestimmter mittlerer Teile,
Achsen in der Rollachse schneiden. Der hierbei auf- F i g. 3 eine Draufsicht der Triebwerksgruppe teiltretende Nachteil ist in der Reduzierung des zur 35 weise im Schnitt durch die Mittelebene zur Dar-Verfügung stehenden Schubvektors zu sehen; denn stellung der Steuerung der Triebwerksgruppe, wobei es können zum Nicken oder zum Gieren jeweils im Interesse der Klarheit bestimmte Teile fortgelassen nur zwei Triebwerke verschwenkt werden; es sind und andere Teile nur in .Umrißlinien veranschaulicht also jeweils annähernd doppelt so große Schwenk- sind, . .·-..,.
winkel erforderlich, als wenn alle vier Triebwerke 40 Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer Einzelgleichmäßig verschwenkbar wären, um die erforder- heit der F i g. 3 in Richtung der Pfeile IV gesehen, liehe Kraftkomponente zu erhalten. Dieser ver- F i g. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 der F i g. 4,
größerte Schwenkbereich kann jedoch durch andere F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der F i g. 8, Teile des Flugkörpers behindert werden, und es ist F i g. 7 einen Teilschnitt nach der Linie 7-7 der deshalb wirksamer, wenn alle Triebwerke um einen 45 Fig. 6,arranges that two engines around a parallel 30 F i g. 1 shows a side view of a rocket drive to the yaw axis and the two other drive units in the direction of the arrows 1-1 of FIG. 2 can pivot a rear view of the engine at Fort axis, these two allowing certain central parts,
Cut axes in the roll axis. The here- F i g. 3 a top view of the engine group partially occurring disadvantage can be seen in the reduction of the thrust vector available in a section through the center plane; because position of the control of the engine group, whereby it can be omitted for the nod or the yaw in the interest of clarity certain parts only two engines are pivoted; there are and other parts only in .Umrißlinien thus each approximately twice as large swivel are illustrated. . · - ..,.
angle required, as if all four engines 40 Fig. 3 seen in the direction of arrows IV, borrowed force component to be obtained. This f i g. 5 shows a section along line 5-5 of FIG. 4,
however, larger swivel range can be achieved by other F i g. 6 shows a section along line 6-6 in FIG. 8, parts of the missile are obstructed, and it is F i g. 7 shows a partial section along the line 7-7, which is therefore more effective when all engines are rotated around one 45 Fig. 6,

kleineren Winkel verschwenkt werden, um die gleiche F i g. 8 eine Darstellung in Richtung der Pfeile 8smaller angles can be pivoted to the same F i g. 8 shows a representation in the direction of arrows 8

Steuerwirkung zu erzielen. Bei dieser bekannten der Fig. 6,To achieve tax effect. In this known of Fig. 6,

Schwenkvorrichtung ist auch eine Drehung um die F i g. 9 schematisch die Anordnung der Trieb-Rollachse möglich. Hierfür ist jedoch keine mecha- werksgruppe sowie die zugeordneten Steuerungen und nische Verbindung, sondern ein Rechenkreis vorge- 50 Fig. 10 in vergrößertem Maßstab einen Teil der sehen, der Eingangssignale empfängt und sie an Verbindung zwischen jedem Triebwerk und dem in individuelle Stellmotoren weitergibt. Somit müssen Längsrichtung liegenden Bauteile,
bei einer Rollbewegung alle vier Stellmotoren be- Die Fig. 1,2, und 3 zeigen vier Raketentriebtätigt werden. werke 10, 11,12 und 13, die je eine Düse 14 auf-Pivoting device is also a rotation around the FIG. 9 schematically the arrangement of the drive roll axis possible. For this purpose, however, no mechanical group and the associated controls and niche connections are provided, but rather a computing circuit which receives input signals on an enlarged scale and forwards them to the connection between each engine and the individual servomotors. Thus, longitudinal components,
During a rolling movement, all four servomotors are operated. FIGS. 1, 2 and 3 show four rocket drives. plants 10, 11, 12 and 13, each with a nozzle 14

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die 55 weisen, denen über Stutzen 15 bzw. 16 Sauerstoff eingangs beschriebene Schwenkvorrichtung dahin- und Wasserstoff zugeführt wird. Jedes Triebwerk ist gehend zu verbessern, daß die Triebwerke auch durch eine Kupplung 17 getrennt an einem rohrsynchron um die Rollachse verschwenkbar sind. förmigen Schubring 18 befestigt, und die Achse 14 A Die Verschwenkung der Triebwerke um alle drei eines jeden Triebwerks kann in Grenzen in jede Achsen soll über Stellmotoren erfolgen, und zwar 60 Richtung mit Bezug auf die Längsachse VJA der über eine geringere Anzahl als dies bisher möglich Rakete verschwenkt werden. Die Kupplung gestattet war. eine Verschwenkung des zugeordneten TriebwerksThe invention is based on the object 55 to which the pivoting device described at the beginning and hydrogen is supplied via connecting pieces 15 and 16, respectively. Every engine must be continuously improved so that the engines can also be pivoted about the roll axis separately on a pipe-synchronously by a coupling 17. shaped thrust ring 18 attached, and the axis 14 A The pivoting of the engines around all three of each engine can within limits in each axis should be done via servomotors, namely 60 direction with respect to the longitudinal axis VJA of a smaller number than previously possible Rocket are pivoted. The clutch was permitted. a pivoting of the associated engine

Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß da- um die Nick- und die Gierachse der Rakete. DerAccording to the invention, this task becomes the pitch and yaw axes of the rocket. the

durch gelöst, daß zur Erzeugung eines Rollmomentes gesamte Schub der Triebwerke wird über die Kupp-solved by the fact that to generate a rolling moment, the entire thrust of the engines is via the coupling

der zentrale Steuerhebel um die Rollachse dreh- 65 lung 17 auf den Schubring 18 übertragen,the central control lever rotates around the roll axis 65 is transferred to the thrust ring 18,

bar ist. Der Schubring 18 ist durch ein starres rohrför-is cash. The thrust ring 18 is supported by a rigid pipe

Mit der Erfindung ist es in einfachster Weise miges Bauteil, von dem Teile ISA gezeigt sind, anWith the invention, it is in the simplest possible way a component part of which parts ISA are shown

gelungen, das Problem der gleichmäßigen Schräg- einem Haltering 19 befestigt, der seinerseits durchsucceeded in solving the problem of uniform oblique a retaining ring 19 attached, which in turn by

nicht gezeigte Mittel starr am Heckschott 19 A (Fig. 1) der Rakete 19B befestigt ist.means not shown rigidly 19 A at the rear bulkhead (Fig. 1) of the missile is attached 19B.

Die Fig. 1, 3 und 9 zeigen die Anordnung, durch welche der Winkel der Triebwerke zur Steuerung oder Stabilisierung der Rakete um die Nick-, Gier- und Rollachse überwacht werden kann. Die Anordnung besteht im wesentlichen aus einem Steuerhebel 20, der zwischen seinen Enden eine Teilkugeloberfläche 21 aufweist, die in einem Gehäuse 22 gelagert ist, so daß der Steuerhebel 20 allseitig verschwenkbar ist. Das Gehäuse 22 ist mittels dreier rohrförmiger Körper 23 auslegerarmartig von dem Schubring 18 gehalten. Die Längsachse 20^4 (Fig. 5) des Steuerhebels 20 fällt im wesentlichen mit der Rollachse 17 A der Rakete zusammen.1, 3 and 9 show the arrangement by which the angle of the engines for controlling or stabilizing the rocket about the pitch, yaw and roll axes can be monitored. The arrangement consists essentially of a control lever 20, which has a partial spherical surface 21 between its ends, which is mounted in a housing 22 so that the control lever 20 can be pivoted on all sides. The housing 22 is held in the manner of a cantilever arm by the thrust ring 18 by means of three tubular bodies 23. The longitudinal axis 20 ^ 4 (Fig. 5) of the control lever 20 coincides essentially with the roll axis 17 A of the rocket.

Am unteren Ende des Steuerhebels 20, d. h. an dem in Schubrichtung nach hinten weisenden Ende, ist ein kreuzartiger Körper 24 (F i g. 10) befestigt, der aus einer mittleren Nabe 25 und vier daran angelenkten, sich im wesentlichen radial erstreckenden Armen 26 besteht, die um Achsen 26 A schwenkbar sind, die sich rechtwinklig und mit Abstand zur Längsachse 2QA des Steuerhebels 20 erstrecken. Die Nabe 25 ist mit dem unteren als Kugel 20 B ausgebildeten Steuerhebel durch einen in eine Nut 255 eingreifenden Keil 25 A drehfest, jedoch in einer durch die Achse 20 A des Steuerhebels 20 gehenden Ebene verschwenkbar verbunden.At the lower end of the control lever 20, ie at the end pointing backwards in the thrust direction, a cross-like body 24 (FIG. 10) is attached, which consists of a central hub 25 and four essentially radially extending arms 26 articulated on it , which are pivotable about axes 26 A , which extend at right angles and at a distance from the longitudinal axis 2QA of the control lever 20. The hub 25 is non-rotatably connected to the lower control lever, designed as a ball 20 B , by a wedge 25 A engaging in a groove 255, but pivotably connected in a plane passing through the axis 20 A of the control lever 20.

Die äußeren Enden der Arme 26 sind jeweils an einem an den Düsen 14 der Triebwerke angebrachten Joch 27 allseitig beweglich angelenkt, beispielsweise durch ein Kugelgelenk 40, 4OA. Die Arme 26 bilden somit in Schubrichtung gesehen hintere Befestigungspunkte für die Triebwerke. The outer ends of the arms 26 are each articulated to be movable on all sides on a yoke 27 attached to the nozzles 14 of the engines, for example by means of a ball joint 40, 40A. The arms 26 thus form rear attachment points for the engines, as seen in the thrust direction.

Wahlweise kann die Verbindung zwischen jedem Arm 26 und der Nabe 25 auch eine Relativbewegung zu einer zweiten, die Steuerhebelachse enthaltenden Ebene gestatten, wobei diese zweite Ebene im rechten Winkel zu der die Steuerhebelachse enthaltenden Ebene liegt. In diesem Falle kann die Verbindung zwischen jedem Arm 26 und seinem zugeordneten Motor eine solche Relativbewegung in dieser zweiten Ebene nicht gestatten.Optionally, the connection between each arm 26 and the hub 25 can also be a relative movement to a second plane containing the control lever axis, this second plane in the right Angle to the plane containing the control lever axis. In this case the connection can between each arm 26 and its associated motor such a relative movement in this second Do not allow level.

Die Steuerung der Rakete erfolgt durch Veränderung der Winkeleinstellung der Triebwerke mit Bezug auf die Rollachse 17^4 der Rakete zur Veränderung der Schubrichtung der Triebwerke. Dies wird durch die Stellmotoren 28, 29, 31, die in den F i g. 3 und 9 dargestellt sind, erreicht.The rocket is controlled by changing the angular setting of the engines with reference on the roll axis 17 ^ 4 of the rocket for change the thrust direction of the engines. This is done by the servomotors 28, 29, 31, which are shown in FIGS. 3 and 9 are shown.

Die Stellmotoren 28 und 29 (F i g. 9) für die Nick- und Gierachse bestehen aus zwei hydraulischen Kolbenmotoren, deren Kolbenstangen durch ein Kugelgelenk 30 und eine Gelenkverbindung 30^4 mit dem vorderen Ende des Steuerhebels 20 verbunden sind. Die Zylinder der Stellmotoren 28, 29 sind rechtwinklig zueinander angeordnet und jeweils durch Kugelgelenke 3OC an dem festen Bauteil der Triebwerkslagerungen angelenkt. Durch Ein- und Ausfahren der Kolbenstangen wird der Steuerhebel 20 um seine Kugelfläche 21 verschwenkt und kippt dabei die Triebwerke mittels der Arme 26 um ihre Kupplungen 17, so daß ihre Schubrichtungen ein Drehmoment für die Rakete erzeugen. In F i g. 1 ist in gestrichelten Linien eine Lage zur Erzeugung eines Drehmoments gezeigt, die durch die Bezugszeichen 10712', 11713' bezeichnet ist.The servomotors 28 and 29 (Fig. 9) for the pitch and yaw axis consist of two hydraulic piston motors whose piston rods are connected by a ball joint 30 and an articulated connection 30 ^ 4 with the front end of the control lever 20 are connected. The cylinders of the servomotors 28, 29 are rectangular arranged to each other and each articulated by ball joints 3OC on the fixed component of the engine bearings. By moving in and out the piston rod, the control lever 20 is pivoted about its spherical surface 21 and thereby tilts the Engines by means of the arms 26 around their clutches 17 so that their thrust directions produce a torque generate for the missile. In Fig. 1 is a position for generating a torque in dashed lines which is denoted by the reference numerals 10712 ', 11713'.

Der Stellmotor 31 (F i g. 7) für die Rollachse ist auch an der festen Triebswerklagerung befestigt und besteht aus einem hydraulischen Rotationsmotor mit einer Taumelplatte 31^4, die so angeordnet ist, daß sie den Steuerhebel um seine Längsachse dreht, die mit der Rollachse zusammenfällt. Der Motor 31 ist bekannt und braucht nicht weiter beschrieben zu werden. Beim Drehen des Steuerhebels werden die Arme 26 und damit die Triebwerke verschwenkt, so daß ihre Schubrichtungen ein Rollmoment um die Rollachse der Rakete erzeugen. Wahlweise kann derThe servomotor 31 (FIG. 7) for the roll axis is also attached to the fixed engine mounting and consists of a hydraulic rotary motor with a swash plate 31 ^ 4, which is arranged so that it rotates the control lever around its longitudinal axis, which coincides with the roll axis. The engine 31 is known and need not be further described. When you turn the joystick, the Arms 26 and thus the engines pivoted so that their thrust directions create a rolling moment around the Create the roll axis of the rocket. Optionally, the

ίο Stellmotor 31 ein hydraulischer Kolbenmotor ähnlich den Stellmotoren 28, 29 sein.ίο Servomotor 31 is similar to a hydraulic piston motor be the servomotors 28, 29.

Die Stellmotoren 28, 29, 31 können bei allen Flugzuständen unabhängig voneinander oder gleichzeitig durch bekannte Vorrichtungen, die nicht weiter beschrieben zu werden brauchen, gesteuert werden.The servomotors 28, 29, 31 can be independent of one another or simultaneously in all flight states can be controlled by known devices which need not be further described.

Die F i g. 4 und 9 zeigen die Art der ÜbertragungThe F i g. 4 and 9 show the type of transmission

der Drehbewegung von dem Rollstellmotor 31 auf den Steuerhebel 20, während noch die Kippfähigkeit , des Steuerhebels unter der Einwirkung der Nick- und Gierstellmotore 28 und 29 erhalten bleibt. Die an dem Steuerhebel 20 gebildete Kugelfläche 21 ist in einem Gehäuse 22 gehalten, das einen Ring 36 enthält, der innerhalb zweier Kugellager 34 und 35 gehalten ist. Das Gehäuse 22 ist durch die Körper 23 fest angeordnet und hält außer dem Steuerhebel 20 auch den Rollstellmotor 31. Der Stellmotor 31 erteilt einer Schneckenwelle 32 eine begrenzte Drehbewegung. Die Schneckenwelle 32 kämmt mit einem Zahnsegment 33, das an dem Ring 36 befestigt ist.the rotary movement of the roll actuator 31 on the control lever 20, while still the tilting ability, of the control lever under the action of the pitch and yaw actuators 28 and 29 is maintained. the The spherical surface 21 formed on the control lever 20 is held in a housing 22 which has a ring 36 which is held within two ball bearings 34 and 35. The housing 22 is through the body 23 fixedly arranged and, in addition to the control lever 20, also holds the rolling servomotor 31. The servomotor 31 issued a worm shaft 32 has a limited rotational movement. The worm shaft 32 meshes with one Toothed segment 33 which is fastened to the ring 36.

Der Stellmotor 31 ist somit in der Lage, den Ring 36 innerhalb eines begrenzten Winkels in beide Richtungen zu drehen. Die Drehbewegung wird durch einen Zapfen 37 (s. F i g. 7) auf den Steuerhebel 20 übertragen. Der Zapfen 37 ist an dem Ring 36 befestigt und arbeitet mit einer axial verlaufenden Nut 37A zusammen, die in der Kugelfläche 21 gebildet ist. Die Drehbewegung wird somit in jede Winkellage des Steuerhebels 20 übertragen, die von den Nick- und Gierstellmotoren hervorgerufen wird.The servomotor 31 is thus able to rotate the ring 36 within a limited angle in both directions. The rotary movement is transmitted to the control lever 20 by a pin 37 (see FIG. 7). The pin 37 is attached to the ring 36 and cooperates with an axially extending groove 37A which is formed in the spherical surface 21. The rotary movement is thus transferred to every angular position of the control lever 20 that is caused by the pitch and yaw control motors.

Claims

Patent claims:

1. Swivel device for at least two rocket engines, especially for spacecraft, which are hinged to a frame at the top and at the bottom Have handlebars articulated on a central control lever that is concentric to the roll axis are, which is gimbaled between its ends, so that by pivoting the control lever each engine can be pivoted to generate pitch and yaw moments, thereby characterized in that the central control lever (20) to generate a rolling moment the roll axis is rotatable.

2. Pivoting device according to claim 1, characterized in that the lower end of the control lever (20) with the engines (10 to 13) connecting link (26) extend radially from the control lever and pivotable in planes going through the axis of the control lever on a Hub (25) are articulated, which is non-rotatable about the axis (20A) of the control lever, but is mounted pivotably in a plane passing through the axis of the control lever at the lower end of the control lever.

3. swivel device according to claim 1 or 2, characterized in that to generate the

Pitch and / or yaw moments are two at right angles to each other and parallel to the pitch and yaw axes arranged servomotors (28, 29) are articulated at the upper end (30) of the control lever (20), and that a third servomotor (31) turns the control lever via a drive connection (32, 33) able to rotate its longitudinal axis.

4. Pivoting device according to claim 3, characterized in that the third servomotor (31) is a hydraulic rotary motor.

For this purpose 2 sheets of drawings