DE1802223A1

DE1802223A1 - Lenkregelkreis fuer einen ferngelenkten,um seine Laengsachse rotierenden Flugkoerper

Info

Publication number: DE1802223A1
Application number: DE19681802223
Authority: DE
Inventors: Joachim Hermann; Hainz Dipl-Ing Josef; Ralph Juergenssen
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1968-10-10
Filing date: 1968-10-10
Publication date: 1970-04-23
Also published as: FR2020298A1; DE1802223B2

Description

Lenkregelkreis für einen ferngelenkten, um seine Längsachse rotierenden Flugkörper

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lenkregelkreis für einen ferngelenkten, um seine Längsachse rotierenden Flugkörper mit nur einem Strahlruder, mit einer die Ablage des Flugkörpers von einem Sollkurs in Polarkoordinaten ermittelten und mit dem Flugkörper über eine Übertragungsstrecke verbundenen Leitstelle und einer die Ablagesignale in das Strahlruder beeinflussende Lenkkommandos umformenden, vorzugsweise elektronischen Schaltungsanordnung.

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Ein derartiger Lenkregelkreis ist z.B. aus der britischen Patentschrift 1 053 713 bekannt, bei dem mit Hilfe eines vom Flugkörper getrennten und zu einer Leitstelle gehörenden Ortungsgerätes bzw. eines die Ablage wahrnehmenden Lenkschützen die Ablagesignale des Flugkörpers

von einer Bezugsgeraden in kartesischen Koordinaten ermittelt, sodann in Polarkoordinaten umgeformt und mit Hilfe einer ebenfalls vom Flugkörper getrennten und in der
Leitstelle untergebrachten elektronischen Schaltungsan-Ordnung in Lenkkommandos umgeformt werden, die dann z.B. über eine den Flugkörper mit der Leitstelle verbindende Drahtverbindung an diesen übertragen werden, wo sie den Flugkörper so beeinflussen, daß seine Flugbahn mit der
Bezugsgeraden zusammenfällt.

Bei diesem bekannten Lenkregelkreis wird die jeweilige
Rollage des Flugkörpers mit Hilfe im Flugkörper erzeugter Referenzimpulse der Leitstelle mitgeteilt und dort
zusammen mit den vom Ortungsgerät oder dem Lenkschützen ermittelten Ablagesignalen in der elektronischen Schaltungsanordnung so verarbeitet, daß auf eine bestimmte
Rollage des Flugkörpers winkelrichtig bezogene Lenkkommandos erzeugt werden.

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Bei diesem Lenkregelkreis müssen die im Flugkörper erzeugten Referenzimpulse über die gleiche den Flugkörper mit der Leitstelle verbindende übertragungsstrecke übertragen werden, wodurch die übertragungsstrecke jeweils während der Dauer der Referenzimpulse für eine übertragung der Lenkkommandos von der Leitstelle zum Flugkörper nicht benutzt werden kann. Es können daher zum Zeitpunkt des Auftretens der Referenzimpulse keine Lenkkommandos an den Flugkörper gegeben werden, so daß in einer bestimmten Drehstellung des Flugkörpers keine seine Flugbahn beeinflussende Steuerfunktionen ausgeübt werden können. Die in der Leitstelle für die Berechnung der Lenkkommandos erforderliche elektrische Schaltungsordnung ist außerdem ziemlich aufwendig, da bei dieser Berechnung die Drehstellung des Flugkörpers kontinuierlich rekonstruiert werden muß, wobei als Information lediglich ein Referenzimpuls pro Umdrehung zur Verfügung steht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lenkregelkreis der vorstehend genannten Art zu schaffen, dessen zur Erzeugung der Lenksignale erforderliche Schaltungsanordnung einfacher aufgebaut und so ausgebildet ist, daß eine Beeinflussung des Flugkörpers durch Lenkkommandos in jeder beliebigen Drehstellung möglich wird.

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Ausgehend von einem Lenkregelkreis der vorstehend genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die im Flugkörper untergebrachte Schaltungsanordnung einen mit einem Rollkreisel verbundenen Potentiometerabgriff zur Erzeugung einer der augenblicklichen Rolllage proportionalen Sägezahnspannung und zwei Summierverstärker aufweist, an deren Eingänge die Sägezahnspannung und die von der Leitstelle an den Flugkörper übertragenen polaren Ablagesignale in der bekannten Form^ + O,5r und ^ - O,5r mit «? als Winkel und r als Radius gegeben sind, daß die Summierverstärker so beschaltet sind, daß das Ausgangssignal des ersten bei positiver und des zweiten bei negativer Summe unstetig, jedoch auf eine bestimmte maximale Amplitude begrenzt ist, daß ferner ein Schalter vorgesehen ist, der nur bei gleichzeitigem Auftreten eines positiven Ausgangssignals des zweiten und eines negativen Ausgangssignals des ersten Summierverstärkers leitend ist, daß zwei Differenzverstärker vorgesehen sind, die jeweils den stetigen Teil der Ausgangssignale der Summierverstärker mit den positiven bzw. negativen Maximalwerten des Sägezahnsignals vergleichen und bei überschreiten dieser Maximalwerte durch den stetigen Teil der Ausgangssignale einen zeitlich auf die Dauer des Überschreitens begrenzten Ausgangsimpuls abgeben, und daß die Ausgänge des Schalters und der Differenzverstärker gemeinsam mit einer das Strahlruder betätigenden Vorrichtung verbunden sind.

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Durch die Anordnung der aus den Ablagesignalen die das Strahlruder betätigenden Steuerkommandos ermittelnden Schaltungsordnung innerhalb des Flugkörpers und die in der vorstehend genannten Weise gewählte relativ einfache Ausführung dieser Schaltungsanordnung ist ein wesentlich geringerer Aufwand an Bauelementen für diese Schaltungsanordnung erforderlich, wodurch gleichzeitig ihre Zuverläsligkeit vergrößert wird. Da die Schaltungsanordnung unmittelbar im Flugkörper angeordnet ist, entfällt eine übertragung der bei den bisher bekannten Lenkregelkreisen erforderlichen Referenzimpulse zur Angabe der jeweiligen Drehstellung des Flugkörpers an die Leitstelle. Von der Schaltungsanordnung können daher in jeder beliebigen Drehstellung des Flugkörpers die Flugbahn des Flugkörpers beeinflussende Steuerkommandos an die Betätigungsvorrichtung des Strahlruders gegeben werden. Die in der Leitstelle erzeugten Lenksignale werden dabei in Polarkoordinaten ausgegeben und in Form zweier analoger modifizierter Signale unmittelbar über die den Flugkörper mit der Leitstelle verbindende Übertragungsstrecke an diesen übertragen und in der im Flugkörper untergebrachten elektronischen Schaltungsanordnung in das Strahlurder des Flugkörpers betätigende Steuerkommandos umgeformt.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Übertragungsstrecke zwischen Leitstelle und Flugkörper als Dreidrahtleitung ausgebildet, deren erste Leitung als gemeinsamer, mit der Flugkörpermasse und der Masse der Leitstelle verbundener Rückleiter und die beiden weiteren Leiter zur getrennten Übertragung der modifizierten Ablagesignale dienen.

Gemäß einer Weiterbildung dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden weiteren Leiter mit jeweils einem nach Maßgabe der modifizierten Ablagesignale gesteuerten Konstantstromgenerator der Leitstelle verbunden .

Mit einer so ausgebildeten, dem Flugkörper und die Leitstelle verbindenden Übertragungsstrecke wird einmal

!5 erreicht, daß die während des Fluges vom Flugkörper aufgenommene elektrostatische Ladung ohne Beeinflussung der Lenksignale über den gemeinsamen Rückleiter nach Erde abfließen kann. Durch die Signalgabe in Form gesteuerter konstanter Ströme über jeweils eine getrennte Leitung können keine durch den Leitungswiderstand und seine Änderungen bedingten Störungen auftreten.

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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Im einzelnen zeigen:

Figur 1 die wesentlichen elektrischen und elektronisehen Baugruppen, die zur Realisierung der

Leitstelle, der Übertragungsstrecke und der im Flugkörper untergebrachten Schaltungsanordnung des Lenkregelkreises erforderlich sind, und

Figur 2 einen die Arbeitsweise der elektronischen

Schaltungsanordnung erläuternden Impulsplan.

In einer Leitstelle 1 sind zwei Stromgeneratoren 11 und 12 vorgesehen, die in hier nicht dargestellter, zum Stand der Technik gehörender Weise aus den von einem an sich bekannten Ortungsgerät bzw. mit Hilfe eines Lenkschützen ermittelten polaren Ablagesignalen \P und r je nach Größe der ermittelten Koordinatenwerte zwei analoge Ströme erzeugen, wobei die Amplitude des vom Stromgenerator 11 abgegebenen Stromes einem modifizierten Koordinatenwert φ + 0,5r und die Amplitude des vom Stromgenerator 12 abgegebenen Stromes einem modifizierten Koordinatenwert Ψ - 0,5r entspricht. Der Winkel des Punktes in der Koordinatenebene, an dem der Flugkörper bezogen auf die

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Bezugsgerade, die im Nullpunkt die Koordinatenebene durchstößt, erscheint, gibt dabei in bekannter Weise die Drehstellung des Flugkörpers an, bei der das Strahlruder in den Triebwerksstrahl des Flugkörpers eintauchen soll, während der Wert des Radius r zu diesem Punkt die Größe des in dieser Drehstellung dem Flugkörper zu erteilenden Steuerkommandos in bekannter Weise so angibt, daß die Eintauchzeit des Strahlruders in den Triebwerksstrahl des Flugkörpers entsprechend gewählt wird, wie dies beispielsweise in der britischen Patentschrift 1 053 713 im einzelnen angegeben ist.

Eine im Flugkörper angeordnete elektronische Schaltungsanordnung 2 ist mit der Leitstelle 1 über eine vorzugsweise über drei voneinander isolierte Adern verfügende Drahtleitung als Übertragungsstrecke 3 verbunden. Eine erste Ader 31 dieser Drahtleitung 3 dient dabei als gemeinsamer Rückleiter und gleichzeitig der Ableitung der von der Flugkörperzelle während ihres Fluges aufgenommenen elektrostatischen Aufladung nach Erde. Die Ader 31 ist daher in der Leitstelle 1 mit Erde und im hier nicht dargestellten Flugkörper mit der Flugkörperzelle, vorzugsweise mit der den Triebwerksstrahl erzeugenden Brennkammer bzw. Düse verbunden.

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Je eine der Adern 32 und 33 der Drahtleitung 3 verbindet jeweils einen der Stromgeneratoren 11 und 12 der Leitstelle 1 mit einem Eingang der elektronischen Schaltungsanordnung 2 im Flugkörper, während die Ader 31 den Rückleiter darstellt.

Durch diese Signalbildung in Form eingeprägter Ströme wird eine einfache Entkopplungsmöglichkeit beider Signale voneinander sichergestellt. Außerdem machen sich bei eingeprägten Strömen keine störenden Einflüsse durch den Leitungswiderstand und seine durch Fertigung und Temperaturunterschiede gegebenen Toleranzen bemerkbar.

Die mit den Stromgeneratoren der Leitstelle 1 verbundenen Eingänge sind jeweils mit einem Summierverstärker 21 und 22 verbunden, deren Ausgänge über eine Reihenschaltung einer Zenerdiode 23 bzw. 24 und eines Widerstandes 25 bzw. 26 auf den Eingang rückgekoppelt sind. Die Widerstände 25 und 26 sind dabei jeweils durch eine in unterschiedlicher Durchlaßrichtung geschaltete Diode 27 bzw. 28 überbrückt.

Die beiden Eingänge der Summierverstärker 21 und 22 sind über zwei gleiche Widerstände 201 und 202 mit dem Abgriff 203 eines Potentiometers 204 verbunden, das unmittelbar an einer Spannungsquelle 205 liegt, die symmetrisch zur mit der Leitung 31 verbundenen Flugkörpermasse geschaltet 1st

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Der Abgriff des Potentiometers ist in bekannter Weise mit der Drehachse eines Rollkreisels verbunden und wird je nach Rollage des die Schaltungsanordnung 2 aufweisenden Flugkörpers auf dem Potentiometer 204 verstellt. Bei einer annähernd gleichmäßigen Drehung des Flugkörpers um seine Längsachse bewegt sich auch der Abgriff 203 annähernd gleichförmig über das Potentiometer 204, so daß die am Abgriff 203 erscheinende Spannung ein der Rollage proportionales und in diesem Fall lineares Sägezahnsignal ist, das von dem maximalen negativen Wert der Speisespannungsquelle 205 annähernd linear bis zum maximalen positiven Wert ansteigt, sprunghaft von diesem positiven Wert auf den negativen Wert zurückfällt und daraufhin erneut annähernd linear in Richtung des positiven Wertes ansteigt.

Die Ausgänge der Summierverstärker 21 und 22 sind mit einem als Schalter wirkenden Transistor 207 so verbunden, daß die Basis des Transistors über einen Widerstand mit dem Ausgang des Summierverstärkers 21 und der Emitter des Transistors mit dem Ausgang des Summierverstärkers 22 verbunden ist. Der als Ausgang des Transistors 207 wirkende Kollektor ist über den Ausgangsverstärker mit einer das Strahlruder in der einen oder anderen Richtung betätigenden Vorrichtung 209 verbunden.

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Außerdem sind zwei als Vergleicher arbeitende Differenzverstärker 211 und 212 vorgesehen, deren Ausgänge über Widerstände und eine Entkopplungsdiode gemeinsam mit dem Kollektor des Transistors 207 auf den Eingang des Ausgangsverstärkers 208 geschaltet sind.

Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 211 ist mit dem Verbindungspunkt der Zenerdiode 23 mit dem Widerstand 25 des Rückkopplungspfades des Summierverstärkers 21 verbunden, während der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers 212 mit dem entsprechenden Punkt des Rückkopplungspfades des Summierverstärkers 22 verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers 211 ist unmittelbar mit dem negativen Pol und der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 212 unmittelbar mit dem positiven Pol der Speisespannungsquelle 205 verbunden.

Die Funktionsweise der in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung 2 geht aus dem in Figur 2 dargestellten Impulsplan hervor:

In den ersten beiden Zeilen sind die mit I₁₁ und i₁₂ bezeichneten analogen Ströme der von den Stromgeneratoren 11 und 12 der Leitstelle 1 abgegebenen Lenkkommandos dargestellt. Darunter ist die mit Hilfe des Potentiometers 204 erzeugte lineare Sägezahnspannung U₅ zu erkennen, die am Abgriff 203 der Schaltungsanordnung 2 liegt.

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Im Summierverstärker 21 wird der vom Stromgenerator 11 abgegebene Strom I₁₁ mit der Sägezahnspannung U₁. so addiert, daß infolge der Ausbildung des Rückkopplungspfades das Ausgangssignal U₁ bei positiver Summe unstetig,jedoch auf einen durch die Zenerdiode 23 angegebenen Spannungswert begrenzt wird, der unterhalb der zulässigen Basis-Emitter-Sperrspannung des Transistors 207 liegt. Entsprechend wird das Ausgangssignal u. durch Addieren des Stromes i-₂ und des Sägezahnsignals U_n. erzeugt, wobei durch die umgekehrte Stromrichtung der Diode 28 und der Zenerdiode 24 im Rückkopplungspfad des Summierverstarkers 22 gegenüber den Dioden 23 und 27 des Rückkopplungspfades des Summierverstärkers 21 das Ausgangssignal u bei negativer Summe unstetig, jedoch auf die gleiche absolute Amplitude begrenzt wird.

Da die Ausgänge der Summierverstärker 21 und 22 in der in Figur 1 gezeigten Weise mit der Basis und dem Emitter des Transistors 207 verbunden sind, öffnet der Transistor 207 immer nur dann, wenn gleichzeitig ein positives Ausgangssignal U₂ und ein negatives Ausgangssignal U₁ auftritt. Am Kollektor des Transistors 207 erscheint daher

das als u, in Figur 2 dargestellte Impulssignal, b

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Als Signale U₃ und u. sind jeweils nur die stetigen Signalanteile der Ausgangssignale u und u dargestellt, die in der in Figur 1 gezeigten Weise jeweils am Verbindungspunkt zwischen Zenerdiode und Widerstand der Rückkopplungspfade der Summierverstärker 21 und 22 abnehmbar sind. Diese stetigen Signalanteile werden jeweils mit dem Maximalwert des Sägezahnsignals von der jeweils anderen Polarität verglichen, wobei an den Ausgängen der Differenzverstärker 211 und 212 ein impulsförmiges Signal immer nur dann auftritt, wenn der stetige Anteil eines der Ausgangssignale der Summierverstärker 21 oder 22 dem Betrag nach größer als der entsprechende Maximalwert des Sägezahnsignals u_ ist. Wie aus Figur 2 zu erkennen ist, tritt daher z. B. am Ausgang des Differenzverstärkers 211 ein Impuls u_ auf, dessen zeitliche Dauer der zeitlichen Dauer des Überschreitens des Ausgangssignales U₁ des Summierverstärkers 21 gegenüber dem negativen Maximalwert des Sägezahnsignals U₁. entspricht.

Da die Ausgänge der Differenzverstärker 211 und 212 über die Entkopplungsdiode mit dem Ausgang des Transistors 207 verbunden sind, tritt am Ausgang des Ausgangsverstärkers 208 das aus der Summe der Teilspannung

u,., u„ und u_o gebildete Steuerkommando u_Q auf, das un-6/0 . "

mittelbar zur Betätigung des Strahlruders dient.

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Wie in Figur 2 in Verbindung mit dem Signal u_g gezeigt, gibt die zeitliche oder auch in Winkelgrad bestimmte Lage eines Steuerimpulses innerhalb einer durch das Sägezahnsignal U₁. angegebenen Periode, die jeweils einer vollen Umdrehung des Flugkörpers um seine Längsachse entspricht, die jeweilige Drehstellung des Flugkörpers an, bei welcher das Strahlruder betätigt wird, also in den Trxebwerksstrahl des Flugkörpers eintaucht. Die zeitliche Dauer eines solchen Steuerimpulses entspricht dabei der Stärke des in dieser jeweiligen Drehstellung des Flugkörpers gegebenen Steuerkommandos. Ein Steuerkommando, das sich über zwei benachbarte Perioden des Sägezahnsignals, also über Teile zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen des Flugkörpers um seine Längsachse erstreckt, wird mit Hilfe der Differenzverstärker 211 und 212 erzeugt. Der in der jeweils folgenden Periode liegende, also über eine Drehstellung von 360 Grad des Flugkörpers hinausgehende Anteil dieses Steuerkommandos wird durch Vergleich der an den Ausgangen der Summierverstärker 21 und 22 auftretenden Summe mit der jeweiligen Maximalspannung des Sägezahnsignals erzeugt, wie aus dem Impulsplan bei den Signalen u_, u- und Ug zu entnehmen ist.

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Wie im Vorstehenden erläutert, ist mit einer solchen in Figur 1 als Ausführungsbeispiel dargestellten Schaltungsanordnung, die gegenüber den bei den bisher bekannten Lenkregelkreisen erforderlichen elektronisehen Schaltungsanordnungen mit sehr viel weniger Bauteilen auskommt, eine einfache und sehr genaue Ermittlung der für das Strahlruder eines Flugkörpers erforderlichen Steuerkommandos möglich, wobei als weiterer Vorteil diese Steuerkommandos in jeder beliebigen Drehstellung des Flugkörpers und in jeder beliebigen Stärke erzeugt und auch wirksam werden können. Da eine übertragung der die jeweilige Drehstellung des Flugkörpers angebenden Referenzimpulse über die den Flugkörper mit der Leitstelle verbindende übertragungsstrecke nicht erforderlich ist, sind die Anforderungen an diese übertragungsstrecke gegenüber den bekannten Lenkregelkreisen weit geringer, wobei außerdem durch Störmöglichkeiten dieser Übertragungsstrecke bedingte Fehlerquellen ausgeschlossen werden.

Patentansprüche: U0981 7/0336

Claims

:unn, 30. [ SX 1 Me/ B 312 if. Ottobrunn, 30. Sept. 1968 QBP 764 Patentansprüche

1. Lenkregelkreis für einen ferngelenkten, um seine Längsachse rotierenden Flugkörper mit nur einem Strahlruder, mit einer die Alilage des Flugkörpers von einem Sollkurs in Polarkoordinaten ermittelnden und mit dem Flugkörper über eine Übertragungsstrecke verbundenen Leitstelle und einer die Ablagesignale in das Strahlruder beeinflussende Lenkkommandos umformenden, vorzugsweise elektronischen Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet , daß die im Flugkörper untergebrachte Schaltungsanordnung (2) einen mit einem Rollkreisel verbundenen Potentiometerabgriff (204) zur Erzeugung einer der augenblicklichen Rollage proportionalen Sägezahnspannung (Uj-) und zwei Summierverstärker (21,22) aufweist, an deren Eingänge die Sägezahnspannung (U₅) und die von der Leitstelle an den Flugkörper übertragenen polaren Ablagesignale (i·,·,» ^12^ in der bekannten Form γ+ 0,5r und f-O,5r mit γ als Winkel und r als Radiusvektor gegeben sind, daß die Summierverstärker (21, 22) so beschaltet sind, daß das Ausgangssignal des ersten (U₁) bei positiver und des zweiten (u₂) bei negativer Summe unstetig, jedoch auf

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eine bestimmte maximale Amplitude begrenzt ist, daß ferner ein Schalter (207) vorgesehen ist, der nur bei gleichzeitigem Auftreten eines positiven Ausgangssignals (U2) des zweiten und eines negativen Ausgangssignals (u,) des ersten Summierverstärkers (22, 21) leitend ist, daß zwei Differenzverstärker (211,212) vorgesehen sind, die jeweils den stetigen Teil der Ausgangssignale (u,, U₃) der Summierverstärker (21,22) mit dem positiven bzw. nega- ^ tiven Maximalwert des Sägezahnsignals (U₅) vergleichen und bei überschreiten dieses Maximalwertes durch den stetigen Teil der Ausgangssignale (U₁, U₃) einen zeitlichen auf die Dauer des Überschreitens begrenzten Ausgangsimpuls (u_, Ug) abgeben, und daß die Ausgänge des Schalters (207) und der Differenzverstärker (211, 212) gemeinsam mit einer das Strahlruder betätigenden Vorrichtung (209) verbunden sind.

2. Lenkregelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (207) der Schaltungsanordnung (2) ein Transistor (207) ist, dessen

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Basis mit dem Ausgang des ersten Summierverstärkers (21) und dessen Emitter mit dem Ausgang des zweiten Summierverstärkers (22) verbunden sind.'

3. Lenkregelkreis nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die übertragungsstrecke (3) als Dreidrahtleitung (31, 32, 33) ausgebildet ist, deren erste Leitung (31) als gemeinsamer mit der Flugkörpermasse und der Masse der Leitstelle (1) verbundener Rückleiter und deren weitere Leiter (32, 33) zur getrennten Übertragung der modifizierten Ablagesignale ( ψ> + 0,5r, y - O,5r) dienen.

4. Lenkregelkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden weiteren Leiter (32, 33) mit jeweils einem nach Maßgabe der modifizierten Ablagesignale ( y + 0,5r, *f - O,5r) gesteuerten Konstantstromgenerator (12, 11) der Leitstelle (1) verbunden sind.

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