DE1781098A1 - Flugregelkreis - Google Patents

Description

BÖLKOW Gesellschaft

mit beschränkter Haftung

Ottobrunn bei München

Ottobrunn, 12.Aug.1968 BP 754 SXl Me/gö

Flugre gelkre is

Die Erfindung betrifft einen Flugregelkreis für einen um seine Längsachse rollenden, mit mindestens einem die Flugbahn beeinflussenden Steuerorgan versehenen Flugkörper, der um seine Nick- und/oder Gierachse mit Hilfe je eines Kreisels stabilisiert ist, wobei jeder Kreiselrotorachse mindestens ein die Stellung der Achse angebender Stellungeabgriff zugeordnet ist.

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L '.JiSPEOTED

Bel Flugkörpern versteht man unter einem Flugregelkreis die Zusammenfassung derjenigen Bauteile, die im Flugkörper erforderlich sind, um den Flugkörper.in einer z.B. durch die Startrichtung gegebenen Flugbahn selbsttätig zu halten. Im Gegensatz dazu dient ein auch als äußerer Regelkreis bezeichneter Lenkregelkreis zu einer willkürlichen Beeinflussung eines Flugkörpers in einer Flugbahn.

Sogenannte taktische Flugkörper für Reichweiten im Sehbereich des bewaffneten oder unbewaffneten Auges, die um ihre Längsachse rollen und meist nur ein ihre Flugbahn beeinflussendes Steuerorgan, wie z.B. ein Strahlruder, eine schwenkbare Schubdüse oder eine flugkörperfeste Steuerdüse zu ihrer Steuerung aufweisen, besitzen dabei oft lediglich einen Lenkregelkreis, über den der Flugkörper von einer von ihn getrennten Leitstelle aus in der gewünschten Fluglage gehalten und ferngelenkt wird.

Das Fehlen eines von diesem Lenkregelkreis unabhängigen Flugregelkreises« also eines sogenannten Inneren Regelkreises, macht sich insbesondere dann nachteilig bemerkbar, wenn der Flugkörper eine geringe Anfangsgeschwindigkeit hat. Bedingt durch diese niedrige Anfangsgeschwindigkeit ist der Flugkörper gegenüber äußeren Einflüssen in Bezug auf die Einhaltung ' seiner Flugbahn sehr empfindlich und kann z.B. durch Windböen aus seiner ursprünglichen Abschufriohtung gedreht wer-

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ORiGiNALINSPEGTED

den. Beim Einsatz des Flugkörpers über nur kurze Entfernungen sind derartige Richtungsänderungen des Flugkörpers aus der auf ein Ziel ausgerichteten Startrichtung innerhalb tlui¹ rn.i kurzen Flugzeit durch den Lenkregelkreis nur schwer oder nicht mehr auszuregeln, da dieser die Lenksignale erst aus einer Ablage des Flugkörpers von der Bezugsgeraden bestimmt, also den Ablagen vorausgehende Drehungen des Flugkörpers um seinen Schwerpunkt nicht wahrnimmt, und daher sehr träge reagiert. Außerdem ist der Lenkregelkreis aus systeragebundenen Gründen meist erst nach einer gewissen Mindestfiugzeit einsatzf&hig. Werden derartige Flugkörper nach ihrem Start mit Hilfe eines Infrarotortungsgerätes erfaßt, um aus den vom Ortungsgerät festgestellten Ablagegröfien die an den Flugkörper au Iberm telnden Lenksignale zu gewinnen, so führt außerdem bereits eine relativ geringe Abweichung des Flugkörpers aus seiner Abschußrioi tu/_o ν · 1 ^t, ^er Lenkfähigkeit, da der Auffaßbereich des Infrarotortiingsgerätes mit etwa + 5 Grad sehr schmal ist. Nach einem Ausbrechen des Flugkörpers aus dem Auffaßbereich des Infrarotortungsgerätes ist eine Lenkung des Flugkörpers nicht mehr möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beheben durch einen Flugregelkreis für einen um seine Längsachse rollenden Flugkörper mit mindestens einem seine Flugbahn beeinflussenden Steuerorgan, der unter Benutzung der bereits vorhandenen Bauteile, also insbesondere eines Lagekreisels,des

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Lenkregelkreises einen solchen Flugkörper unmittelbar nach seinem Start, wenn tier Lenkregelkreis noch unwirksam ist, auch bei kleinen Anfangsgeschwindigkeiten in der durch den Start vorgegebenen Plugrichtung zu halten. vermag·

Ausgehend von einem Plugregelkreis der vorstehend genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, da.3 die Stellungsabgriffe in einer solchen die Flugkörperlängsachse enthaltenden Ebene mit der Plugkörperzelle starr verbunden sind, in der auch die Wirkungßlinie des Steuerorgans liegt, und daß die Stellungeabgriffe unmittelbar an eine das Steuerorgan betätigende Vorrichtung r.n-geschlossen sind.

Gemä? einer bevorzugten Ausführungsforra der Erfindung weist jeder Stellungsabgriff ein Element auf, das bei jeder Umdrehung des Flugkörpers um seine Längsachse mit einem Ende der zugeordneten Kreiselrotorachse in Wirkverbindung tritt, wobei die auf eine Umdrehung des Flugkörpers bezogene Dauer der A ιfrechterhaltung dieser Wirkverbindung um so länger ist, Je grö.Ber die Neigung der Kreiselrotorachse gegenüber ihrer Sollage ist.

eines Laprekreisels

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Durch diese starre Zuordnung des Stellungsabgriffs zum ■Steuerorgan des-Flugkörpers wird in verblüffend einfacher Weise sichergestellt, daß der Flugkörper gerade in einer solchen Rollage um seine Längsachse z.B. ein seine Flugbahn korrigierendes Schubvektorsignal erhält, in der mit Hilfe eines der entsprechenden Stabilisierungsebene zugeordneten Kreisels und über das Element des Stellungsabgriffs ein elektrisches Signal bestimmter Dauer erzeugt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist das Element ein dreieckförmiges Kontaktelement, das bei Borührung mit der Kreiselrotorachse einen die das Steuerorgan betätigende Vorrichtung enthaltenden Stromkreis schließt.

Dieses Kontaktelement kann also entweder starr mit der Flugkörperzelle verbunden sein, so daß die Kreiselrotorachse als Abgriff dieses überstreicht, oder aber es können, gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung je ein solches

Kontaktelement mit jedem Kreiselrotorachsenende bzw. den beiden Lagern der Achse verbunden sein, wobei ein starr mit der Flugkörperzelle verbundener Abgriff die Kontaktelemente überstreicht.

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Mit Hilfe dieser Einrichtung wird in einfacher Weise ein elektrisches Signal von durch die Neigung der Kreiselrotorachse bestimmter Dauer unmittelbar durch Schließen eines Stromkreises erzeugt und der Betätigungsvorrichtung des Steuerorgans zugeführt, so daß das Steuerorgan genau für die Dauer der Aufrechterhaltung der Wirkverbindung zwischen dem Kontaktelement und der Kreiselrotorachse z.B. In den Triebwerksstrahl des Flugkörpers eintaucht bzw. diesen auf andere Weise ablenkt.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist anstelle eines solchen elektrischen Kontaktelementes die Verwendung z.B. induktiv oder aber fotoelektrisch arbeitender Stellungsabgriffen möglich.

Das Steuerorgan wird im weiteren als Strahlruder bezeichnet, das während der durch den Stellungsabgriff angegebenen Zeit in den Triebwerksstrahl der Schubdüse eintaucht. An seiner Stelle kann jedoch auch eine den Triebwerksstrahl ablenkende schwenkbare Schubdüse oder eine mit dem Flugkörper fest verbundene, und damit ebenfalls um seine Längsachse umlaufende Steuerdüse angewendet werden. Auch ein aerodynamisch wirksamer Spoiler ist denkbar, der in einer bestimmten Rollage des Plugkörpers betätigt diesen in eine dieser Rollage entsprechende Richtung lenkt.

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Gemä" einer bevorzugten Anwendung wird der Flugregelkreis in Verbindung mit einem über einen Lenkregelkreis von einer Leitstelle aus ferngelenkten Flugkörper benutzt. Vorzugsweise ist der Flugregelkreis d-'ibei immer nur dann eingeschaltet, wenn ler Lenkregelkreis des Flugkörpers noch nicht oder nicht mehr arbeitet. Grundsätzlich ist jedoch auch ein Cleichzeitiger Betrieb beider Regelki-ei.se mö^Lich, wobei d.'inn die Lenksi^nale den vom F.· ^regelkreis erzeugten Si- -U-:Ion Xu bekannter ./eise Überlagert werden.

3ei einer bevorzugten Anwendung des gemä 3 der 2rfindu;.£ ausgebildeten Plugregelkreises bewirkt dieser die S euerung des Flugkörpers unmittelbar nach dem Svü-t. iirüt wenn 'iber der. Lenkrrrjelkreis das erste Lenkkommando c. den Flugkörper gegeben ;;'.'J, wird der Flugrege i kreis Voge schal te*:. D-idursh ist es v.\'.''.::.ioh, dei. Flugkörper ': \oh ohne Inbetriebnahme des Lenkregelkreises im direkter; Sch ;.'· in ein nah'?s "icl ::u bringen, v.-jbel die S^urtrichtung ües Flugi-öi-pcr.'j _::ieijh der Zielrichtung ist, die nach dem 3^rart mit Hili'e des Flugregelkreises ger;en äußere Einflüsse aufrechterhalte.- wird.

Gemäi ei:ier anieren Ausf-lihrungoi'ji'rr; -.Ies Flugrege !kreises ist eine 3«?··.·.:Ute änderung der Flugb^.hr. iurch Verschiebung der mir -Je. Γ I ;ji:öiDerjelle verbundenen 3te 1 lungs abr-ri:'fe in Flupkw:¹; -ivlMngsrichtuntr mögüoii. Die eine solche Ve: sonie-

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bung bewirkenden Kommandos können dabei z.B. durch übertragung von einer Leitstelle oder aber von einem bordfesten Programmspeicher zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise ist eine sehr einfache und fast ausschließlich mechanisch arbeitende Lenkung des Flugkörpers mit Hilfe des gemäß der Erfindung ausgebildeten Flugregelkreimöglich.

Im einzelnen zeigen:

Figur 1 schematisch die Anordnung von Kreiselrotor und Stellungsabgriff in einer mit einem einzigen Strahlruder ausgerüsteten Flugkörperzelle;

Figur 2 eine andere Ausführungsform des Stellungsabgriffs und

Figuren schematisch die Funktionswelse des Flugre- J) und 4

?elkreises bei Abweichungen des Flugkörpers um iie Nick- oder Gierachse.

£inc- in Figur 1 nur angedeutete Flugkörperzelle 1 weist an ihrem einen Ende eine Düse 2 zum Austritt des Triebwerk-Strahls auf, in die in bekannter Weise ein einzelne^ Strahlruder 3 einzutauchen vermag, wenn es über eine hier nicht

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näher dargestellte Betätigungsvorrichtung 4 bewegt wird. Ein hier im wesentlichen nur als Rotor 5 und Kreiselgehäuse 51 in vereinfachter Weise dargestellter Kreisel ist in der Plugkörperzelie 1 so aufgehängt, daß die Rotorachse 0 bei der Sollage des Flugkörpers in Bezug auf seine Nickachse senkrecht steht, also in der kreisförmigen Querschnittsebene des Kreiselgehäuses und der Flugkörperzelle 1 liegt. Das Kreiselgehäuse 51 ist starr mit der Flugkörperzelle 1 verbunden, so daß es für die weitere Betrachtung belanglos ist, ob sich der Kreiselrotor gegenüber dem Kreiselgehäuse 5I oder aber gegenüber der Flugkörperzelle 1 bewegt. Mit der Kreiselrotorachse 6 arbeitet ein dreieckförmiges Kontaktelement J zusammen, das z.B. auf der inneren Mantelfläche des Kreiselgehäuses 51 und damit auch der Flugkörperzelle 1 so angeordnet ist, daß die sich in ihrer Sollage befindende Kreiselrotorachse 6 das Segment lediglich an der spitzwinkligen Ecke des Dreiecks berührt oder aber gerade nicht mehr berührt.

Die Betätigungsvorrichtung 4 des Strahlruders j liegt in einem hier nur prinzipiell angedeuteten elektrischen Stromkreis, der über die Rotorcvchse 0 und das Kontakte lement 7 z.B. über eine Stromquelle „ geschlossen wird.

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Während des Fluges rollt die Flugkörperzelle 1 dauernd um ihre Längsachse, während der Kreiselrotor 5 und damit die Rotorachse 5 ihre raumfeste Lage beibehält. Bei diesem Rollen der Flugkörperzelle 1 beschreibt also das Kontaktelement7 eine Kreisbahn um den Kreiselrotor 5* wobei sieh das sich mit dem Kontaktelement 7 in. der gleichen Längsebene des Flugkörpers befindende Strahlruder 3 ebenfalls im Kreis um die Längsachse bewegt. Befindet sich die Flugkörperzelie I in Bezug auf ihre Nickachse in der Sollage, so wird beim Rollen der Flugkörperzelle bei jedem Vorbeistreichen des Kontaktelements 7 an jeweils einem Ende der Rotorachse ö der Stromkreis über die Stromquelle 8 entweder sehr kurzzeitig oder aber gar nicht geschlossen, so daß die Betätigungsvorrichtung 4 dem Strahlruder j5 keine in den Triebwerksstrahl eintauchende Bewegung zu erteilen vermag.

Führt dagegen die Flugkörperzelle 1 eine Bewegung um die Nickachse aus, so wandert die Kreiselrotorachse, die ja raumfest bleibt, in Bezug auf die Flugkörperzelle 1 in die mit o¹ bezeichnete Lage. Bei jeder Umdrehung der Flugkörperzelle um die Längsachse wird daher beim Vorbeistreichen des Kontaktelements 7 am oberen Ende der Kreiselrotorachse 6¹ der Stromkreis für eine bestimmte Zeitdauer geschlossen, so da? während dieser Zeitdauer das Strahlruder 3 mit Hilfe der Be-

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tätigungsvorrichtung 4 in den Triebwerksstrahl eintaucht. Beim Vorbeistreichen des Kontaktelements 7 am unteren Ende der Kreiselrotorache 6' findet dagegen keine Berührung zwischen Element und Rotorachse statt, so da? in dieser Kollage des Flugkörpers keine seine Richtung beeinflussende Sehubvektoränderung auftreten kann. Je großer die Xnderun·· der Lorre der Flugkörperzelle 1 gegenüber ihrer Nick-■iChse ist, u::i ac v;eiter wandert die Kreiselrotorachse β aus ihrer SolL'tge in Bezug auf die Flugkörperzelle 1 aus und im so gröie? ist die Dauer, während der die Betätigungsvorrichtung -"' bei ^f-schlossen-'im 51tromkreis eingeschaltet ist, da die vor. der !".reise In tor achse ^ι Ubevstriohene Bahn des Iu^-) η takt ti lcir.oiitr- 7 immer länger wird.

Die in M.;ir 2 dargestellte andere ÄusfUhrungsfor::; de:- ."'ollungcabcriffs besteht aus zviei jeweils mit einen iinde ^r?er Kreiaeirotor.'ichse feet verbundenen Kontaktelr-Tientor. ^H, die mit einem nit -ler Flugkörperzelie 1 st-:rr vor;, lader.c-:., als mit ihr im ά·?.η Kreisel 5 anlaufenden stiftfcrmin-n ..c . if:" Tl ■.:uc:"itnMo:iwirkea, ;er in genau der gleichen Weise eel "Vberstreiche.; ::rier der Kontc-.rtelemonte ^?l ien Str^mkr·:-".ε -chliert wie ile l:i I'l.-ur I largest?; 11 te Ausführur-^s: vrm.

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net ist. Das den Stellungsnbgriff bildende Kontaktelernent ^v i"t elektrisch über einen hier nicht näher dargestellten 1/rdempfän^er 9, der Teil eines hier nicht darrestollten Lenkregelkreises ist, mit der das Strahlruder betätigenden Vorrichtung 4 verbunden. Bei der hier gezeigten Abweichung der Flugkörperlängsachse 11 von der Sollachse 12, die in der Draufsicht die Gierachse und in der Seitenansicht die Nickachse des Flugkörpers bedeutet^ivlrd der schematisch angedeutete Triebwerkstrahl 10 des Flugkörpers " mit Hilfe des Stellungsabgriffs 7 und der Betätigungsvorrichtung 4 durch das Strahlruder so. abgelenkt, de.ß die Längsachse des Flugkörpers wieder in Richtung der Sollachee zu* rückgeführt wird.

"n Fij-ir - ist prinzipiell das gleiche Arbeiten des FlUgrerelkrcises π ατ',-ζβηηβη_} wobei jedoch jetzt die FlUgkb'r-.-c-r-'.^nro'-ohsf: 11 .-ich gegenüber der Sollschäe 12 in der ger·' :;e -:„'leren P.icht-jj'ig gedreht hat, so da3 der Triebwerk·=· 3tr'hl l^r: in die entgegengesetzte Richtung abgelenkt wird| \:~ i«r. 71 ;.:kcr:'-r- In seine Soll^re zurückzubringen» öel einer solchen Rl^h'zjng des Flugkörpers gibt der Stellüngöab- ~riff in einer ^e^enüber der in Figur ^ dargestellten üfil 1:C Grad v;eitergedrehten Rollage ein Kommando an die das Str-ihlruder betätigende Vorrichtung k, So daß Wieder eine der Flugkörperrichtung winkelrichtig zugeordnete Setäti-."Ui3 des Strahlruders stattfindet_t

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Soll mit Hilfe' eines solchen Flugregelkreises ein Flugkörper sowohl gegenüber der Gierachse als auch der Nickachse stabilisiert werden, so sind zwei getrennte Kreisel mit zwei ihnen individuell zugeordneten Stellungsabgriffen vorgesehen, die z.B. .gemeinsam auf die ein einziges Strahlruder betätigende Vorrichtung 4 wirken. Die Anordnung dieser für die Nick- und Gierachse vorgesehenen Kreisel ist aus den Figuren ^ und 4 zu ersehen, wobei der dort gezeigte Kreisel 5 bei einer Auffassung der Darstellung als Seitenansicht den Flugkörper gegenüber Nickbewegungen und bei einer Auffassung der Darstellung als Draufsicht den Flugkörper gegenüber Gierbewegungen stabilisiert, d.h. über den ihm individuell zugeordneten S^eI-lungsabgriff 7 entsprechende Signale an die Betätigungsvorrichtung 4 liefert.

Anstelle nur eines einzigen Strahlruders können aber auch z.B. zwei gegeneinander um loO Grad verschobene Strahlruder vorgesehen sein, wobei dann jeweils einem Strahlruder ein eigener Stellungsabgriff zugeordnet ist, der bezogen auf die Flugkörperzelle jeweils in der gleichen Ebene liegen mu";, in der auch die Wirkungslinie des zugeordneten Strahlruders liegt. E'ne solche Anordnung von .:.B. zwei Strahlrudern kann erforderlich sein, wenn große Querbesahleunigungen auf den Flug-

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körper ausgeübt werden sollen, so daß ihm bei jeder Umdrehung um seine Längsachse in jeder Rollage zwei Schubvektorkommandos nacheinander erteilt werden können.

Ist je ein Kreisel für die Nick- und die Gierachse vorgesehen, so kann auch jedem Kreisel ein eigenes Strahl- ._,,*-■*=*· ruder zugeordnet werden. Bei einer solchen Anordnung sind die Strahlruder dann vorzugsweise um 90 Grad gegenseitig verschoben, so daß auch beide Strahlruder gleichzeitig wirksam werden können.

Soll der Plugkörper beim Einsatz über nur kurze Entfernungen im direkten Schuß, also bei Zusammenfallen der Startrichtung mit einer sich nicht ändernden Zielrichtung, in ein Ziel gebracht werden, ist es sinnvoll den Lenkregelkreis des Flugkörpers nicht wirksam werden zu lassen. Damit die im direkten Schuß zurückzulegende Entfernung frei gewählt werden kann, wird der Plugregelkreis daher erst bei Eintreffen eines ersten den Lenkregelkreis beeinflussenden Lenksignals abgeschaltet. Damit ist gewährleistet, daß der Plugkörper über eine frei zu wählende Entfernung bzw. eine frei wählbare Flugzeit ausschließlich unter Wirkung seines die Startrichtung des Flugkörpers beibehaltenden Plugregelkreises fliegen kann.

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IST

Gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform des Plugregelkreises ist das in Figur 1 gezeigte Kontaktelement 7 in der in Pfeilrichtung angedeuteten Längsrichtung der Flugkörperzelle 1 verschiebbar, so daß auf diese Welse dem Flugkörper beliebige Schubvektorkommandos gegeben werden können. Wird das Kontaktelement von einer hier nicht dargestellten Antriebseinrichtung nach Maßgabe von Lenksignalen verschoben, die von einer vom Flugkörper getrennten Leitstelle oder aber von einem flugkörperfesten Programmspeicher abgegeben werden, so wirkt der Flugregelkreis gleichzeitig auch als Lenk.regelkreis.

Patentansprüche ι

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Claims (2)

Patentansprüche i

1. Flugregelkreis für einen um seine LÄngsactagie rollenden, mit mindestens einem seine Flugbann %filnflussenden Steuerorgan versehenen Flugkörper, 'Imp ubi seine Nick- und/oder Gierachse mit Hilfe Je eines

"A ■

Kreisels stabilisiert ist, wobei jeder Kr*"i#*lrotorachse ein die Stellung der Achse angebend*!* -feteilungsabgriff zugeordnet ist, dadurch g e k e I)i% zeichnet, daß die Stellungaabgr'I:f$* (6,7) in einer solchen die Flugkörperlängsaohse «&$haltenden Ebene mit der Flugkörperzelle (1) etar^ verbunden sind, in der auch die Wirkungslinie des StjjjöMirorgans (3) liegt, und da3 die Stellungsabgriffe (6,7)'^»mittelbar an eine das Steuerorgan (3) betätigend^ yorriohtung (4) angeschlossen sind.

', K,

2. Flugregelkreis nach Anspruch 1, dadurch farn k e η η zeichnet, daß jeder StellungeaJjgfiii' (6,7) ein Element (7) aufweist, das bei jeder ÜtewT*bung des Flugkörpers (1) um seine Längsachse Bit iw| Endf der zu-

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geordneten Kreiselrotorachse (6) in Wirkverbindung stritt, wobei die auf eine Umdrehung des Flugkörpers (l) bezogene Dauer der Aufrechterhaltung dieser Wirkverbindung um so langer ist, je größer die Neigung der Kreiselrotorachse (6) gegenüber der Sollage ist.

J5. Plugregelkreis nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichne t , daß das Element (7) ein dreieckförmiges Kontaktelement (7) ist, das bei Be-rührung mit der Kreiselrotorachse (6) einen die das Steuerorgan (3) betätigende Vorrichtung (4) enthaltenden Stromkreis (4,5,7*) schließt.

4. Plugregelkreis nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichne t, daß jedes Ende der Kreiselrotorachse (5) mit je einem dreieckförmigen Kon-, taktelement (7') verbunden ist, das bei Berührung mit einem starr mit der Plugkörperzelle (1) verbundenen Abgriff (71) einen die das Steuerorgan (3) betätigende Vorrichtung (4) enthaltenden Stromkreis (4,6,7*8) schließt.

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SGlNAU IKSPSCTED

5. Plugregelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er Teil eines über einen Lenkregelkreis von einer Leitstelle aus ferngelenkten Flugkörpers (!) ist.

o. Plugregelkreis nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß er nur bei nicht auf den Plugkörper (l) wirksamen Lenkregelkreis eingeschaltet und vorzugsweise durch das erste im Plugkörper eintreffende Lenksignal abschaltbar ist.

7. Plugregelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzei chnet, daß das Kontaktelement (7) nach Maßgabe eines Lenksignals zur gewollten Änderung der Plugbahn des Plugkörpers in Längsrichtung der Flugkörperzelie (I) ver schiebbar ist.

ORIGINAL INSPECTED

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Le«r$e ite