DE2136129B2 - Raumfahrzeug mit abdeckbaren triebwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Raumfahrzeug mit abdeckbaren Triebwerken zum Transport von Personen und/oder Gegenständen, das außerhalb oder innerhalb der Atmosphäre sowie als Untfirschall-GIeitflugkörper geflogen und gelandet werden kann.

Bekannt sind verschiedene Ausführungen von Raumfahrzeugen, auch Raumtransporter genannt, für den Wiedereintritt in die Atmosphäre eines Planeten. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um Flugzeuge, die sich sowohl im Weltraum mit Hilfe von Raketentriebwerken fortbewegen können, als auch beim Wiedereintritt in die irdische Atmosphäre oder beim Eintritt in die Atmosphäre eines anderen Planeten sich mit Hilfe ihrer aerodynamischen Formgebung in der Art eines steuerbaren Gleitflugzeuges fliegen lassen, so daß es im Prinzip möglich ist, einen vorhandenen bestimmten Landeplatz anzusteuern.

Die bekannten Projekte derzeitiger Raumtransporter haben fast alle ein gemeinsames Kennzeichen: Zur Aufnahme der Raketentriebwerke sind heckseitig Flächen annähernd rechtwinklig zur Hauptlängsachse des Flugkörpers vorgesehen. Diese Flächen verleihen dem Raumtransporter im Gegensatz zu üblichen tropfenförmigen Stromlinienkörpern ein »abgehacktes Aussehen«. Diese stumpfen Heckflächen verschlechtern erheblich die aerodynamischen Eigenschaften. In Anleihung an den Bootsbau werden diese Flächen auch ate »Heckspiegel« bezeichnet.

Um die gewünschten aerodynamischen Eigenschaften zu erhalten, werden vorzugsweise zwei Wege beschriften:

1. Das Flugzeug wird in herkömmlicher Art mit festen oder ausfahrbaren Flügeln und Leitwerken versehen oder

2. Das Flugzeug wird als Ganzes in der Art eines »Nurflügelflugzeugs« — vorzugsweise deltaförmig — ausgeführt, wobei die seitliche Ausladung oder Spannweite oft erheblich geringer als die Länge des Fahrzeugkörpers ist.

In letztere Kategorie fällt auch eine Ausführung, die als »lifting body« bekannt ist

Bekannt ist ferner, daß Wiedereintrittskörper mit einer Anzahl von beweglichen Klappen zur aerodynamischen Steuerung versehen sind. Horizontal angeordnete Klappen zur Längs- und Rollsteuerung befinden sich vorzugsweise am Heck und in unmittelbarer Nachbarschaft des »Heckspiegels«. Klappen zur Längsund Quersteuerung im Unterschallbereich sind vorzugsweise an der Oberseite des Flugkörpers angebracht, während für den Oberschall und/oder für große Anstellwinkel Klappen an der Unterseite Verwendung finden. Letztere Klappen sind besonders thermischen Belastungen ausgesetzt und müssen entsprechend

•5 ausgebildet werden.

Die bekannten »Heckspiegei« dienen der Aufnahme der Raketentriebwerke. Ihr hauptsächlicher Nachteil besteht darin, daß sie den Luftwiderstand, insbesondere bei Unterschallgeschwindigkeiten, je nach relativer Größe stark erhöhen. Wenn man ferner bedenkt, daß der aerodynamische Auftrieb der meisten bekannten Raumtransporterprojekte, insbesondere der »lifting bodies«, bezogen auf die Grundrißfläche, erheblich kleiner als bei herkömmlichen Tragflächen ist, dann erkennt man, daß jegliche Erhöhung des schädlichen Widerstandes eine empfindliche Verschlechterung der Gleitflugeigenschi.'ten zur Folge hat Ähnlich wie bei Hochleistungssegelflugzeugen kann bei »lifting bodies« mit vorgegebenen Abmessungen eine Erhöhung der Gleitzahl — nämlich das Verhältnis Auftrieb zu Widerstand — im wesentlichen nur durch eine Verringerung des schädlichen Widerstandes erreicht werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch Vermeidung bzw. Verringerung der Heckspiegelflächen

eine Verbesserung der Gleitflugeigenschaften eines

Raumfahrzeuges, insbesondere im Unterschallbereich,

zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird diese Abgabe dadurch gelöst,

daß am Heckspant parallel zueinander Heck- bzw. Spreizklappen angelenkt sind, die mit dem Heckspant in geschlossenem Zustand einen annähernd dreiseitig prismatischen Hohlraum bilden, der zur Aufnahme der Rückstoßtriebwerke dient und diese bei Überschall-

Gleitflug abschirmt

Vorteilhaft ist nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag besonders der Wegfall des starren »Heckspiegels«. Außerdem konnte durch Windkanalmessung an Unterschall-lifting bodies nachgewiesen werden, daß

so die linienförmige Berührung der Hinterkanten der Steuerklappen zu einem spitzen Heckprofil zu erheblichen Verbesserungen der Gleitzahl führt Dadurch ist ein derartiger Flugkörper auch besser geeignet, eine horizontale Landung auf einem herkömmlichen Flugfeld vorzunehmen.

Da die unteren Heckklappen ohnehin für hohe thermische Belastungen ausgelegt werden müssen, bieten sie nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag gleichzeitig in vorteilhafter Weise Schutz für das Raketenantriebssystem. Das ist besonders dann wichtig, wenn man an eine Wiederverwendung des gesamten Triebwerkes oder wesentlicher Teile desselben denkt.

Vorteilhaft ist weiter, daß die Umwandlung des »Heckspiegels« in ein Heckspant mit vielfältigen Funktionen konstruktiv die Möglichkeit bietet, eine klare Unterteilung vorzunehmen in einen inneren, d. h. möglicherweise luftdicht abgeschlossenen und in einen äußeren Flugkörperraum, der im wesentlichen von den

oberen und unteren Klappten und seitlich von Stabilisierungsflossen umschlossen ist

Das Heckspant kann jetzt vorteilhaft als Montagefläche der Raketentriebwerke und als Anschlußtragwerk für die Heckklappenscharniere und -Steuerungen benutzt werden, wodurch eine beträchtliche Gewichtseinsparung eintritt

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert

In F i g. 1 bis 4 sind die vier Ansichten eines Raumfahrzeugs dargestellt:

F i g. 1 zeigt das Fahrzeug mit geschlossenen und geöffneten Heck- bzw. 5preizklappen;

Fig.2 zeigt die Draufsicht mit geschlossenen Spreizklappen 5;

Fig.3 zeigt dagegen die Unteransicht mit den HeckkJappen 4; während

F i g. 4 in der Heckansicht sowohl die Spreizklappen 5 als auch die Heckklappen 4 in geschlossenem Zustand zeigt

Die Unterteilung in rechtsseitige und linksseitige Klappen geschieht, um durch asymmetrische Klappenstellung auch Rollmomente um die Längsachse erzeugen zu können.

Der Hauptkörper 1 ist mit einem schrägen Heckspant 2 dargestellt, das im wesentlichen auch eine Trennwand zu dem eigentlichen Transportkörper bildet Dieses Heckspant 2 dient ferner als Montagefläche für die Gelenke und/oder Scharniere der unteren Heckklappen 4 sowie der oberen Spreizklappen 5. Außerdem sind hier die hydraulischen Klappenbetätigungssysteme 7 und 8 angeschlossen. Das Heckspant 2, das mit den Heck- bzw. Spreizklappen 4 und 5 einen annähernd dreiseitig prismatischen Hohlraum bildet, dient ferner der Aufnahme der Raketentriebwerkshalterung 9, die ihrerseits die Raketentriebwerke 3 aufnimmt Die Schiefe des Heckspants 2 gestattet ferner einen direkten Anschluß an die Hauptholme 10 der seitlichen Stabilisierungsflächen 6. Der prismatische Hohlraum dient auch als Schutz für die Gelenke und Scharniere der Steuerklappen sowie für die hydraulischen Klappenbetätigungssysteme 7 und 8.

Man erkennt sowohl aus F i g. 1 als auch aus F i g. 4, daß sich die Klappen in geschlossenem Zustand linienförmig berühren. Damit erseheint der Flugkörper als Ganzes wie ein hinten spitz zulaufender Stromlinienkörper.

Die Wirkungsweise eines derartigen Raumfahrzeugs ist wie folgt: Im Raumflug wird die Lage des Flugkörpers vornehmlich durch Gasdüsensysteme 11 nach F ί g. 1 und 4 in bekannter Weise geregelt Zur Änderung des Bahnimpulses, insbesondere zum Abbremsen, werden jedoch die Raketentriebwerke 3 benötigt Hierzu öffnen sich die oberen Spreizklappen 5

ίο und die unteren HecWklappen 4, um die Raketen 3 freizugeben. Dazu ist die Kinematik der Klappengelenke in der Weise ausgebildet, daß ein genügend großer öffnungswinkel gebildet wird, um die heißen Abgase ungehindert austreten zu lassen. Der große öfmungswinkel der Klappen ist deshalb unbedenklich, weil es im Weltraum keinen Luftwiderstand gibt

Zum Wiedereintritt wird der Luf'.körper mit Hilfe des Gasdüsensystems 11 in eine vorberechnete Lage gebracht, wobei die Raketentriebwerke 3 zum Abbremsen in die Bahnrichtung ausgerichtet sind. Die Raketen 3 werden dann bei geöffneten Kappen gefeuert und brennen so lange, bis die gewünschte Bremswirkung erreicht ist Sodann werden die Klappen geschlossen und der Flugkörper in die Eintrittsfluglage mit hohem

Anstellwinkel gebracht Dies wird ebenfalls durch das Gaschisensystem 11 bewirkt, das so lange in Betrieb

bleibt, bis die allmählich wirksam werdenden Luftkräfte für eine Klappensteuerung ausreichen.

In der anfänglichen Oberschallphase sind vomehm-

jo lieh die Heckklappen 4 wirksam, die obendrein den Raketenmotor und/oder die Raketendüse vor thermischer Belastung schützen. In der Schlußphase im Unterschall wird der Flugkörper derartig schwerpunktmäßig ausgetrimmt daß die opitmale Gleitzahl bei geschlossenen Klappen erreicht wird.

Für den Ladeanflug werden die oberen Spreizklappen 5 betätigt, die in ihrer extremsten Lage auch als Bremsklappen wirksam sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann die Raketenhalterung 9 in der Weise ausgebildet sein, daß d:~ Raketentriebwerke 3 noch weiter nach hinten ausgefahren werden können. Dadurch wird noch mehr verhindert daß der heiße Raketenstrahl unter Umständen Teile der Klappen und/oder anderweitige Strukturelemente beaufschlagt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Raumfahrzeuge mit abdeckbaren Triebwerken zum Transport von Personen und/oder Gegenständen, das außerhalb oder innerhalb der Atmosphäre sowie als Unterschall-Gleitflugkörper einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Heckspant (2) parallel zueinander Heck- bzw. Spreizklappen (4,5) angelenkt sind, die mit dem Heckspant (2) im geschlossenen Zustand einen annähernd dreiseitig prismatischen Hohlraum bilden, der zur Aufnahme der Rückstoßtriebwerke (3) dient und diese bei Oberschallgleitflug abschirmt

2. Raumfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkig angebrachten Heck- bzw. Spreizklappen (4, 5) derart steuerbar sind, daß sie im geöffneten Zustand den Strahl der Triebwerke ungehindert ins Freie treten lassen.

3. Raumfahrzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heck- bzw. Spreizklappen (4,5) getciit sind.

4. Raumfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Heck- bzw. Spreizklappen (4, 5) zur Verbesserung der Steuereigenschaften getrennt schwenkbar sind.