DE1556443C - Raumfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Raumfahrzeug.

Es ist bekannt, daß Raumfahrzeuge insbesondere bei und nach ihrem Wiedereintreten in die Atmosphäre sehr hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Die bekannten Raumfahrzeuge sind deshalb mit thermischen Schutzschilden ausgerüstet, welche das gesamte Fahrzeug schützen, indem sie selbst zum großen Teil durch die thermischen Belastungen schmelzen und zerstört werden. Hierdurch werden die Raumfahrzeuge zumindest teilweise nicht wiederverwendbar.

Außerdem stellen die Schmelzschutzschilde, verbunden mit ballistischen Steuermitteln, während der Phase des Wiedereintretens in die Atmosphäre und während der Landung ein sehr hohes Gewicht dar, welches während des Flugs einen großen Teil der Motorleistung absorbiert.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Nachteile der bekannten Schutzvorrichtungen zu vermeiden und den thermischen Schutz ao der Raumfahrzeuge so zu verbessern, daß diese Raumfahrzeuge gänzlich wiederverwendbar werden. Dabei soll das Gewicht der Schutzvorrichtung und der Steuervorrichtung für das Wiedereintreten in die Atmosphäre und die Landung beträchtlich verringert werden, mit der Folge, daß entweder die Leistung der Antriebseinrichtungen, also der Schub- und Bremsraketen, vermindert oder aber bei gleichbleibender Leistung der Antriebe die Nutzlast des Fahrzeugs erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch eine gegenüber der Fahrzeugkabine rotierende Schutzumhüllung.

Die Rotation der Schutzhülle vermeidet intensive Aüfheizungen dank der Tatsache, daß aufeinanderfolgende Teile der Hülle während kurzer Zeiten der Reibungserhitzung in der Atmosphäre während eines Teils einer jeden Umdrehung unterworfen sind und einer nachfolgenden Abkühlung während des folgenden Teils einer jeden Umdrehung unterliegen. Daraus ergibt sich, daß man eine Schutzhülle mit einem Gewicht bauen kann, welches wesentlich unter dem des bekannten Schmelzschildes liegt, und zwar ohne daß die Schutzhülle beschädigt oder zerstört würde.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß der Antrieb der Schutzumhüllung durch elektromechanische oder aerodynamische Mittel erfolgt.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen beschrieben.

Nachstehend werden an Hand der Zeichnung zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform, bei der die Steuerung durch ein Verschieben der Nutzlast in Nick- und in Rollrichtung gegenüber der mit der Nabe verbundenen Schutzumhüllung erzielt wird,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform, bei welcher die Steuerung durch Verstellen der Lage bzw. Richtung der Mittelebene der Blattenden gegenüber der Nutzlast und der Nabe, deren gegenseitige Einstellung invariabel ist, erzielt wird,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung für das zyklisch erfolgende Steuern der Anstellung der Blätter, welche in der Ausführungsform gemäß F i g. 2 vorgesehen ist.

Das in F i g. 1 dargestellte Raumfahrzeug besitzt eine Nabe, welche eine kreisförmige Platte oder ein Sockelstück 1 umfaßt, an dessen Umfang in 2, 2' die Rotorblätter 3,3' angelenkt sind. Die Anzahl der Rotorblätter ist beliebig. Die Rotorblätter sind durch Dämpfungsorgane 4, 4', mit der Nabe verbunden. Diese Dämpfungsorgane sind einerseits an den mit den Rotorblättern 3,3' verbundenen Hebeln 5,5' und andererseits an den Kolbenstangen 6, 6' der als Hubstreben 7, 7' ausgebildeten Kolben-Zylinder-Einheiten zum Durchführen des für den Raumflug vorgesehenen Zusammenklappens der Rotorblätter nach oben angelenkt. Die Nabe in Form eines runden Sockelstücks 1 ist mit einer Schutzumhüllung 8 von im wesentlichen konischer Form verbunden, in deren Innerem die Fahrzeugkabine 9 des Raumfahrzeugs angeordnet ist. Diese Anordnung ist so gewählt, daß der Kabine 9 durch die Nabe keine Rotationsbewegung mitgeteilt wird. Zu diesem Zweck ist die nicht rotierende Kabine im Inneren der Spitze der konischen Schutzumhüllung mittels eines Universalgelenks 10, beispielsweise eines Kugelgelenks oder Kardangelenks, aufgehängt.

Die Steuerung des Raumfahrzeugs erfolgt durch Lageveränderung der aus Nabe 1 und Rotorblättern 3, 3' bestehenden Einheit gegenüber der nicht rotierenden Kabine 9. Zu diesem Zweck besitzt die Kabine 9 zwei mit Hubstreben arbeitende Betätigungsvorrichtungen, welche in zwei zueinander senkrechten Ebenen angeordnet sind, derart, daß sie die Einstellung in Nick- und Rollrichtung steuern. Eine dieser Hubstreben 11,12 ist in der Zeichnung dargestellt.

. Die Kolbenstange 12 der Hubstrebe ist an der nicht rotierenden Kabine 9 angelenkt, während der Zylinder 11 auf einem Kranz 13 angelenkt ist, welcher mit Hilfe eines Lagers 14, beispielsweise eines Wälzlagers, auf einer Achse 15, die sich im Zentrum des Sockelstücks 1 befindet, befestigt ist. In einem diametral gegenüberliegenden Punkt des Kranzes 13 ist ein mit seinem anderen Ende mit einer Stange 17 gelenkig verbundener Arm angelenkt, wobei die Stange 17 selbst an der Kabine 9 angelenkt ist. Die zweite Betätigungsvorrichtung ist in einer zur Zeichenebene senkrechten Ebene angeordnet und in der gleichen Weise ausgeführt und mit dem Kranz 13 verbunden. Die Hubstreben 11,12 können von einem Piloten betätigt oder von einer Steuerzentrale auf der Erde ferngesteuert werden. Die Betätigung der Hubstreben, welche sich gegen die Kabine abstützen, hat eine Lageänderung der Nabe und somit der mittleren Rotorebene bezüglich der Kabine, deren Lage im Raum sich nicht ändert, zur Folge. Dies ermöglicht es, die Lage der Rotorebene bezüglich der Flugbahn jeweils genau an die herrschenden Flugbedingungen anzupassen.

Das Raumfahrtgerät ist vorzugsweise mit einem zusammenklappbaren Landegestell 18 mit Gleitkufen und einer Steuerflosse 19 ausgerüstet.

In der zweiten Ausführungsform (vgl. F i g. 2) wird die Lage der Kabine gegenüber der Nabe und der Schutzumhüllung nicht verändert. Es sind vielmehr Mittel vorgesehen, welche die Lage der Rotorebene gegenüber der Nabe verändern.

Das Raumfahrzeug besitzt wie im Falle der F i g. 1 eine runde Platte oder ein Sockelstück 1, an dessen Umfang die Rotorblätter 3, 3' in den Schlaggelenken 2,2' angelenkt sind. Das Sockelstück ist mit der sich drehenden konischen Schutzumhüllung 8

verbunden, welche bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 in ihrem oberen Teil offen sein kann, denn die Kabine ist dort nicht, wie weiter unten noch beschrieben wird, in der Spitze der Schutzumhüllung aufgehängt. Die nicht mitrotierende Kabine 20 ist auf dem Sockelstück 1 um dessen Achse drehbar gelagert. Zu diesem Zweck besteht die Kabine 20 aus einer Basisplatte 21, auf deren Unterseite ein umgebogener runder Kragen 22 angebracht ist, der den inneren Laufkranz für die Kugeln 23 eines Spurlagers bildet, dessen äußerer Laufkranz durch einen am Sockelstück 1 der Nabe vorgesehenen, zu 22 konzentrischen Kragen 24 gebildet ist. Hierdurch ist das Sockelstück 1 mit der Umhüllung 8 drehbar, ohne daß dabei die Kabine 20 mitrotiert.

Im Zentrum der Basis 21 der Kabine 20 ist eine Öffnung vorgesehen, in welcher mit Hilfe eines Kugelgelenks ein Steuerhebel angeordnet ist. Das untere Ende dieses Steuerhebels 26 greift mittels eines Kugelgelenks 27 in ein Lager 28 ein, an dessen äußerem Ring Betätigungsstangen 29, 29' schwenkbar gelagert sind. Die Betätigungsstangen sind mit ihren anderen Enden mit an den Rotorblättern 3, 3' befestigten Hebeln 5, 5' verbunden. Die Betätigungsstangen durchtreten den Kragen 24 der Nabe 1 durch die Öffnungen 30,30' und die rotierende Schutzumhüllung 8 durch die Öffnungen 31, 31' hindurch. Vorzugsweise als Verbundkörper ausgebildete Dämpfungskörper sind in die Betätigungsstangen 29, 29' eingefügt, damit die mittlere Lage der Blattendenebene bei hypersonischen und transsonischen Geschwindigkeiten stabilisiert wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Dämpfungskörper aus einer Feder 32, 32', die mit einem Dämpfungszylinder 33, 33' in Reihe geschaltet sind.

Der Steuerhebel 26 wird durch zwei Hubstreben betätigt, welche in zwei zueinander senkrechten Ebenen angeordnet sind und welche am oberen, durch das Kugelgelenk 34 gebildeten Ende des Steuerhebels angelenkt sind. Jede Hubstrebe umfaßt einen Zylinder 35, der an einem Gabelstück angelenkt ist, welches mit der Basis 21 der nicht rotierenden Kabine 20 verbunden ist. Ferner besitzen die Hubstreben eine Kolbenstange 37, welche am Kugelgelenk 34 angreift. Diese beiden Hubstreben erlauben also, die Lage der mittleren der Rotorblattebenen in Nickrichtung und in Rollrichtung zu verstellen und damit das Fluggerät während seines Wiedereintritts in die Atmosphäre und während seiner Landung zu steuern.

In den F i g. 2 und 3 ist jeweils eine Vorrichtung dargestellt, welche es dieser Ausführungsform erlaubt, die zyklische Einstellung des Einstellwinkels durchzuführen. Diese Vorrichtung umfaßt einen Pendelstab 38, welcher auf dem Lager 28 befestigt ist, dessen Lage durch den Steuerhebel 26 gesteuert wird. Dieser Pendelstab 38 steuert zwei Kniehebel 39, 39', welche auf den mit der Nabe 1 verbundenen und auf dieser senkrecht stehenden Achsen 40, 40' schwenkbar gelagert sind und welche selbst über daran angelenkte Stangen 41, 41' zwei andere Kniehebel 42, 42' steuern. Die Kniehebel 42, 42' sind auf den mit der Nabe 1 verbundenen, aber parallel zu deren Ebene gerichteten Achsen 43, 43' schwenkbar gelagert und mittels der Stäbe 44, 44' an den Rotorblättem 3, 3' angelenkt. Die Rotorblätter 3, 3' sind um ihre Längsachsen 45, 45' mittels der Lager 46, 46' schwenkbar gelagert. Daraus ergibt sich, daß, wenn der Steuerhebel 26 zur Nabe 1 schräg gestellt wird, der Pendelstab 38 während der Rotation dieser Nabe sukzessive im Sinne der Pfeile / oder f oszilliert. Dies veranlaßt die Hebel 39, 39' zum Verschwenken.

Diese Hebel verstellen die Rotorblätter 3, 3' über die Stangen 41, 41', die Kniehebel 42, 42' und die Stäbe 44,44'. Die Rotorblätter 3,3' oszillieren also um ihre Längsachsen 45, 45' mit der Drehfrequenz der Nabe 1.

ίο Das Vorsehen einer rotierenden Schutzumhüllung schützt die Fahrzeugkabine wirksam gegen Temperaturbelastungen. Dieser Schutz wird im Augenblick des Wiedereintritts in die Atmosphäre noch durch die Tatsache erhöht, daß in diesem Moment die Rotorebene bezüglich der Flugbahn geneigt ist, um ein maximales Abbremsen zu ermöglichen, derart, daß sich die Kabine hinter dem die rotierende Nabe des Raumfahrzeugs bildenden Sockelstück 1 befindet.

Claims (10)

' Patentansprüche:

1. Raumfahrzeug, gekennzeichnet durch eine gegenüber der Fahrzeugkabine rotierende Schutzumhüllung (8).

2. Raumfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Schutzumhüllung (8) durch elektromechanische oder aerodynamische Mittel erfolgt.

3. Raumfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehflügelanordnung die Flugbahn während seines Wiedereintritts in die Atmosphäre steuert und die Nabe der Drehflügelanordnung drehfest mit der Schutzumhüllung (8) verbunden ist, wobei Mittel für das Verstellen der Lage der mittleren Drehfiügelebene gegenüber dem Fahrzeug vorgesehen sind.

4. Raumfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugkabine (9) im Scheitel der Schutzumhüllung mittels eines Universalgelenks (10) aufgehängt ist und daß sie durch zwei daran angelenkte, in zwei zueinander senkrechten Ebenen angeordnete Betätigungssysteme mit einem. Lager (14) verbunden ist, welches auf einer zentralen, mit der Nabe verbundenen Achse (15) angeordnet ist, derart, daß Abweichungen der Fahrzeugkabine in Nickrichtung und in Rollrichtung im Inneren der Schutzumhüllung (8) möglich sind.

5. Raumfahrzeug nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Nabe angelenkten Rotorblätter (3, 3') außerdem jeweils durch ein System mit der Nabe verbunden sind, in das ein Dämpfer (4, 4') eingeschaltet ist.

6. Raumfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Betätigungssysteme einerseits eine Hubstrebe (11) aufweist, deren einer Teil an der Fahrzeugkabine (9) und deren anderer Teil am Lager (14) angelenkt ist, und andererseits ein in einem diametral gegenüberliegenden Punkt am Lager (14) und an der Fahrzeugkabine (9) angelenktes, aus Hebeln (16,17) bestehendes System umfaßt.

7. Raumfahrzeug nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugkabine (20) drehbar auf der Nabe gelagert ist und einen Steuerhebel (26) aufweist, der in der Basis (21) der Kabine (20) kugelgelenkig gelagert ist, dessen (26) unteres Ende gelenkig in einem Lagerstück (28) gelagert ist, an welchem

Stangen (29, 29') zum Verstellen der Rotorblätter (3,3') gegenüber der Nabe schwenkbar befestigt sind, und daß der Steuerhebel (26) durch zwei in jeweils zueinander senkrechten Ebenen auf der Basis (21) der Kabine (20) gelagerte Hubstreben (35, 37) in Nickrichtung und in Rollrichtung betätigbar ist.

8. Raumfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpfungsorgane in die Stangen (29, 29') zum Verstellen der Rotorblätter (3, 3') eingefügt sind.

9. Raumfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (21) der Fahrzeugkabine (20) im Zentrum ihrer Unterfläche einen Kragen (22) aufweist, welcher den Laufring eines Spurlagers bildet, dessen anderer Laufring durch einen mit der Basis der Nabe (1) verbundenen, (zu 22) konzentrischen Kragen (24) gebildet ist, und der Steuerhebel (26) gelenkig in einer im Zentrum der Basis (21) vorgesehenen Öffnung gelagert ist, während der mit der Nabe verbundene Kragen (24) radiale Öffnungen (30, 30') für das Durchtreten der Betätigungsstangen (29, 29') aufweist, wobei das Kugelgelenk, an das diese Stangen (29,29') angelenkt sind und in welches das Ende des Steuerhebels (bei 27) eingreift, im zwischen den genannten Kragen (22, 24) gebildeten Innenraum angeordnet ist.

10. Raumfahrzeug nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf dem durch den Steuerhebel (26) bewegbaren Lagerstück (28) montierter Pendelstab (38) mittels eines Gelenk-, Hebel- und Stangensystems mit den um ihre Längsachse drehbaren Blättern verbunden ist, derart, daß der Einstellwinkel zyklisch veränderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen