DE2206945A1 - Kreisel - Google Patents

Description

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Augsburg, den 13. Juni 1972

Amtl.Az.: P 22 06 9^5.0 Anw. Az.: M. 516

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London, S.W.I, England

Kreisel

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreisel. Solche Kreisel werden bei der Ausrüstung von gelenkten Flugkörpern verwendet.

Eine kreiselstabilisierte Ausrüstung zu allgemeinem Gebrauch neigt dazu, sehr aufwendig und teuer zu sein,

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da es notwendig ist, eine minimale Reibung in den Lagern, eine konstante Drehzahl und im falle der Präzessionsausrüstung eine in hohem Maße genaue und vorhersagbare Kreiselreaktion auf ein bekanntes Präzessionssignal zu erreichen. Wenn eine solche Ausrüstung in gelenkten Plugkörpern verwendet wird, die nur einmal benutzt werden und dann nur kurze Zeit in Betrieb sind, dann ist eine solche Ausrüstung außerordentlich teuer und es ist notwendig, eine billigere, d.h. weniger genaue Ausrüstung zu verwenden. Für die Wirksamkeit eines Flugkörpers als //äffe jedoch kann auf eine sehr große Genauigkeit nicht verzichtet werden.

Ein Weg zur Reduzierung der Kosten einer kreiselstabilisierten Einheit besteht darin, den Sitz des Rotors zu vergrößern. Dies reduziert die von der Technik geforderte Präzision und sorgt auch für einen Rotor hoher Trägheit. Das letztere Ergebnis bedeutet, daß bei Verwendung in Raketen mit ihrer kurzen Lebensdauer Rotoren vor dem Abschuß auf ihre Drehzahl gebracht v/erden können und daß sie aufgrund ihrer Trägheit ausreichende Rotationsdrehzahl halten, ohne daß weitere Drehenergie während des Fluges zugeführt werden muß. Um jedoch bei großen Rotoren die gesamte Ausrüstung hinsichtlich ihrer Größe klein zu halten,

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müssen die Rotoren außerhalb ihrer Kardanrahmen montiert werden. Die Eingaben einer Präzession, die z.B. gefordert werden, um einen kreiselstabilisierten Zielsuchkopf, der auf ein Ziel ausgerichtet ist, im Ziel zu halten, müssen dem Rotor über ein nicht rotierendes Teil seines Gehäuses aufgegeben werden, und einfache Mittel, diese Eingaben aufzugeben, sind häufig mit hoher Reibung verbunden. Der Rotor reagiert auf diese Reibungskräfte, und auf die des Kardanrahmens, und diese Reaktion kann in extremen Fällen die Wirksamkeit eines Flugkörpers als Waffe zerstören.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine billige, einfache, ■ kreiselstabilisierte Ausrüstung zu schaffen, die einfache Präzessionsmittel aufweist, welche die Ungenauigkeiten, die auf Grund der Reibung auftreten, innerhalb annehmbarer Grenzen halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kreisel gelöst, der gekennzeichnet ist durch einen aus einem integralen Zentralgehäuse gebildeten Rotor, ferner durch Kardanrahmen innerhalb des Gehäuses, welche einen Zapfen tragen, auf welchem der Rotor drehbar angebracht ist, und durch eine Einrichtung zum Aufbringen einer Präzessionskraft über den Zapfen an einen Punkt, welcher sich in einer

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Distanz, die proportional den geforderten Charakteristiken der Kraft ist, vom RotationsZentrum der Kardanrahmen entfernt befindet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Drucklager starr auf einem Kardanrahmenglied aufmontiert und hat eine Erweiterung bis über das Zentrum der Rotation der Kardanrahmen hinaus, wobei der Einleitungspunkt der Präzessionskraft auf dieser Erweiterung angeordnet ist. Vorzugsweise werden die Präzessionskräfte durch Kraftantriebe wie z.B. Hubmagnete aufgebracht, die durch ein System von Hebeln auf einen Punkt wirken, der dem Zentrum der Rotation der Kardanrahmen benachbart ist. Da sie über kurze Distanzen wirken, müssen die Präzessionskräfte groß sein, jedoch sind die Bewegungen der wirkenden Einheiten klein. Die Präzessionskräfte überlagern daher die Reibungseffekte, die in den Bestätigungseinheiten und in den Kardanrahmen entstehen.

An Hand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines

erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Kreisels, zum

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Teil aufgeschnitten,

Pig. 2 eine Ansicht eines Kreisels

gemäß der Pfeilrichtung X in der Pig. I,

Fig. 3 eine Seitenansicht die einiges

der Fig. i in größeren Deteils zeigt, zum Teil aufgeschnitten, und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht

einiger Elemente der Einheit, zum Teil aufgeschnitten.

Ein Rotor 1 (Fig. 2) ist drehbar unter dem Einfluß von Druckluft, welche Aufhängungen 2 zugeführt wird, auf Lagern 3 an einem Ende 14 eines Zapfens 4 gelagert. Das andere Ende 13 des Zapfens 4 ist starr auf einem Querglied 40 (Fig. 4) eines Kardanrahmensystems 5 montiert.

Im Kardanrahmensystem 5 (Fig. 4) ist das Querglied drehbar in einen selbst wieder drehbar gelagerten Kardanring 41 eingesetzt. Die Drehachse des Quergliedes 40 ist

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senkrecht zu der Drehachse des Kardanringes 41 angeordnet, wobei der Kardanring auf zwei Armen 42, die sich von einem hohlen zylindrischen Tragglied 6 (Fig. 1) nach oben erstrecken, gelagert ist.

Der Rotor ist so ausgebildet und in der Weise angeordnet, daß sein TrägheitsZentrum mit dem Schnittpunkt der Rotationsachse des Quergliedes 40 und des Kardanrahmens 41 zusammenfallen, die ihrerseits in der gleichen Ebene liegen. Das Koinzidenzzentrum ist in den Fig. 1 und 3 mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet. Das Ende 13 des Zapfens 4 ragt über eine Distanz über das Querglied 40 hinaus, wobei diese Auskragung 12 die Form eines hohlen Zylinders aufweist.

Das Tragglied 6 ist starr auf einer Tragkonstruktion befestigt. Ein Drehpunkt in Form einer Kugellagerung 10 ist am äußersten Ende eines Zapfens angeordnet, der sich von der Konstruktion 8 entlang der Achse des Traggliedes 6 nach oben erstreckt. Eine Steuerstange 9» die auf der Lagerung 10 aufsitzt, ragt durch das Tragglied 6 hindurch und endet in einer Kugel 11, welche innerhalb der inneren Umfassung der Auskragung 12 des Zapfens 4 liegt und dagegen anschlägt. Die Entfernung zwischen der Umfassung

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des Anschlags und des Koinzidenzzentrums ist klein, verglichen mit den Abmessungen des Kardansystems 5, und ist in den Fig. 3 und ¹I übertrieben dargestellt. In der Praxis wird diese Entfernung durch die physikalischen und geometrischen Eigenschaften eines besonderen Kreisels und die geforderten Präzisionswerte bestimmt.

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Die Basis der Steuerstange 9 ist an einem Armkreuz befestigt, welches vier Arme l6 aufweist, die durch Bohrungen 17 im Tragglied 6 hindurchragen. Das Armkreuz und die Steuerstange 9 sind im Verhältnis zueinander so ausgelegt, daß sich die Anordnung 9_a 15 im Gleichgewicht um das Kugelende des Lagers 10 befindet.

Vier Hubmagnete 18, die auf der Tragkonstruktion 8 aufmontiert sind, sind mit ihren Armaturen mit jedem der Arme l6 durch Bindeglieder 19 verbunden.

Auf den Zapfen 4 sind eine Plattform 20 und eine den Kreisel abschließende Platte 21 aufmontiert, und eine Ausrüstung wie z.B. eine Infrarot-, ein Laser- oder ein Radarauge kann auf der Plattform 20 aufgesetzt sein. Die Gewichte dieser Teile müssen so sein, daß das Gravitations· Zentrum des Zapfens 4 und von allem, was er trägt, im

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Koinzidenzcentrum 7 liegt.

Während des Betriebes werden Eingaben an die äubmagnete l8über die Verbindungsglieder 19, Kreuzarme 16 und Steuerstange 9 auf den Zapfen k übertragen, und sorgen dafür, daß der Rotor 1 präzediert. Es ist festzuhalten, daß sehr hohe Präzessionskräfte aufgebracht werden können, obwohl die iSewegungen der Hubmagnetarmaturen klein sind. Reibungskräfte werden auf diese Weise überlagert.

Die Hubmagnetanordnung kann durch jedes gewünschte System gesteuert werden. Obwohl in dem obigen Beispiel vier Hubmagnete benutzt werden, können mehr oder weniger ebenfalls verwendet v/erden, wobei dies davon, wofür die Einheit benutzt werden soll, und von dem Steuersystem abhängt. Wenn der Kreisel in einem Plugkörper eingebaut wird, dann kann er bezogen auf die Rakete festgehalten werden. Dies kann beispielsweise durch zurückziehbare Klemmarme geschehen, die mit der Abschlußplatte 21 in Eingriff stehen. Zu Beginn der Flugkörpersteuerfolge wird Druckluft an die Auflager 2 von einer Quelle (nicht gezeigt) zugeführt, welche eine oder mehrere Düsen aufweisen kann, die mit der Raketenkonstruktion bzw. -Zelle oder mit der Tragkonstruktion 8 fest verbunden sind. Wenn der

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Kreisel 1 gerade mit der geforderten Drehzahl rotiert, -werden die iQemmarme zurückgezogen und zu diesem Zeitpunkt muß die Druckluftzufuhr unterbrochen werden, um zu verhindern, daß Druckluft direkt auf den Kreisel einwirkt und unerwünschte Präzessionskräfte hervorruft.· Die Plugzeit des Raketenkörpers ist im allgemeinen kurz genug, so daß der Kreisel wegen seiner Trägheit eine geeignete Rotationsgeschwindigkeit beibehält.

Eine alternative Ausführung der Druckluftquelle benutzt wenigstens eine Düse, die an der Abschlußplatte 21 befestigt ist und die durch flexible Rohrleitungseinrichtungen versorgt wird. Eine solche Versorgung könnte anstatt oder zusätzlich zu einer fest angeordneten Versorgung vorgesehen sein, und gestattet eine wirksame Kreiselsteuerung, die für längere Raketenflugzeuten beibehalten werden kann.

Signale von der Ausrüstung, die auf der Plattform aufmontiert ist, können entlang einer flexiblen Drahtleitung wieder rückübertragen werden, wobei die Verdrahtung durch den Zapfen ¹J und um das Kardanrahmensystem 5 herum verlegt ist.

Effekte, die auf die Reibung und auf eine Nach-

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giebigkeit, die durch das oignalverdrahtungssystem und durch flexible Druckluftschläuche erzeugt wird, zurückzuführen sind, können, wenn beide benutzt werden, durch die hohen Präzessionskräfte minimalisiert werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.)Kreisel, gekennzeichnet durch einen aus einem integralen Zentralgehäuse gebildeten Rotor (1), ferner durch Kardanrahmen innerhalb des Gehäuses, Vielehe einen Zapfen (4) tragen, auf welchem der Rotor (1) drehbar angebracht ist, und durch eine Einrichtung zum Aufbringen einer Präzessionskraft über den Zapfen (4) an einen Punkt (7)₃ welcher sich in einer Distanz, die proportional den geforderten Charakteristiken der Kraft ist, vom Rotationszentrum der Kardanrahmen entfernt befindet.

   2. Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine bewegliche Steuerstange (9) umfaßt, Vielehe auf den Punkt (7) wirkt, um eine schwingende Bewegung auf den Zapfen (¹O aufzubringen.

   3. Kreisel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstange (9) mit dem Punkt (7) durch Mittel einer Kugel (11) und eine Taschenausnehmung in Eingriff ist.

   4. Kreisel nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,

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   daß die Kugel (11) an einem Ende der Steuerstange (9) angeordnet ist.

   5· Kreisel nach einem der Ansprüche 2 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß die .Steuerstange (9) fest auf und im ITormalfall an einem Armkreuz (15) anmontiert ist, wobei die Steuerstange (9) und das Armkreuz (15) um ein Drehlager (10) drehbar ist, das auf der Mittellinie der Steuerstange (9) angeordnet ist, und wobei das Armkreuz (15) eine Vielzahl von Armen (16) hat, wobei jeder Arm (16) Mittel aufweist, mittels welcher eine Kraft aufbringbar ist.

   6. Kreisel nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Armkreuz (15) vier symmetrisch angeordnete Arme (16) hat.

   7. Kreisel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwerpunkts Zentrum der Steuerstange (J) und des Armlireuzes (15) mit dem Drehlager (10) zusammen fällt.

   3. Kreisel nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Präzessionskraft durch wenigstens

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   zwei Araftantriebe aufbringbar ist.

   9. Kreisel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daiä die Kraftantriebe derart sind, daß die Aufbringung hoher Kräfte kleine Relativbewegungen der Antriebskomponenten erzeugt.

   10. Kreisel nach Anspruch 9_S dadurch gekennzeichnet, daß die Motorantriebe Hubmagnete (18) sind.

   11. Kreisel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (4) fest auf einem Rahmenglied aufmontiert ist und eine Erweiterung (12) bis jenseits des Rotations Zentrums der Kardanrahmen besitzt, wobei der Einleitungspunkt der Präzessionskraft auf dieser Erweiterung angeordnet ist.

   12. Kreisel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kardanrahmen einen drehbaren Ring (4l) mit einem diagonalen Querglied (40) auf v/eisen, welches um eine im rechten Winkel zu der Rotationsachse des Kardanringes verlaufende Achse drehbar ist, wobei der Zapfen (4) auf dem Querglied aufmontiert ist.

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   13· Kreisel nach einem der Anspräche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß er eine Plattform (20) hat, welche auf dein Zapfen (4) aufmontiert ist, wobei sich die fiotoranordnun^ zwischen der Plattform (20) uni dam Rahmen befindet.

   14. Kreisel nach Anspruch 13, dadurch •-e/.enn3eic:met_> daß er eine Ausrüstung aufweist, welcne auf der Plattform (20) aufgesetzt ist.

   15. kreisel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel zur Zinfütterung einer Information von zier Ausrüstung zu der einrichtung zum Aufbringen \ier Kreiselpräzessionskraft umfaßt.

   16. kreisel nach einem der Ansprüche 14 oder IJ, dadurch gekennzeichnet, daß er eine ..reiselacschlußciatte aufweist, die auf dem Zapfen zwischen dem -\otor und den Kardanrahnen anmontiert ist.

   17· Kreisel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gravitations Zentrum des Zapfens, des Rotors, der Plattform, der Ausrüstung und der Abschlußplatte am Rotations zentruia der Kardanrahmen liegt.

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   ld. kreisel nach einem der Ansprüche.1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor unter dem Einfluß von Druckluft drehbar igt.

   1?. Kreisel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Jurccluft durch v/enigstens eine Düse, die fest bezogen auf das Rotationszentrun der Kardanrahnen angeordnet ist, zugeführt ist. .

   20. ?'reisel nach einen der Ansprüche 1 bis 17, dadurch jekennzeichnet, daß der Kreisel unter dem Einfluß von Druckluft drehbar angeordnet istj welche durch wenigstens eine D'Jse, die starr mit der Abschlußplatte verbunden ist, 3u~eführt ist, wobei die Druckluft üoer flexible Rohrleitungen ier Düse zugeführt ist.

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