DE2408104B2 - Führungssystem bei selbstgetriebenen Flugkörpern - Google Patents

Description

Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist ein Führungssystem bei selbstgetriebenen Flugkörpern, bei dem am Flugkörper an zwei Stellen, die in Längsrichtung einen Abstand voneinander haben. Führungselemente angeordnet sind, die durch eine Rihrungsvorrichtung geführt sind, wobei gemäß der Erfindung der Hauptpatentanmeldung der Abstand der beiden Führungselemente vom Schwerpunkt des Flugkörpers so groß ist, daß unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Klugkörpers beim Verlassen der Führungsvorrichtung der Flugkörper eine Abkippbewegung erhält, die mindestens annähernd gleich der Winkelgeschwindigkeit (jo) der Bahnneigung ist. Die der Haupipatcntanmeldung zugrunde liegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß jeder Flugkörper, wie überhaupt jeder frei geworfene Körper, eine gekrümmte Flugbahn durchläuft, d. h. der Winkel γ der Hahntangente gegen die Horizontale ände^rt sich mit einer für jeden Punkt der Flugbahn charakteristischen, berechenbaren Winkelgeschwindigkeit γ. Hat ein sclbstgetriebener Flugkorper die Führungsvorrichtung verlassen, so ist er. wenn von anderen Einwirkungen abgesehen werden kann, bestrebt, die Richtung seiner Längsachse im Raum beizubehalten. Dies führt aber dazu, daß die Richtung seiner Längsachse nicht mit der Richtung der Tangente der Flugbahn seines Schwerpunktes übereinstimmt, 1 Im diese, Übereinstimmung wieder hi'rztistellen, sind clic Flugkörper nut Leitflächen versehen. Durch die Wirkung der Leitflächen wird dein Flugkörper eine Drehung um -.lic hori/unlalc Querachse gegeben. Die Winkelgeschwindigkeit dieser Drehung ist aber nun größer als die Winkelgeschwindigkeit der Bahnneigung. Der Flugkörper dreht sich infolgedessen über die zu erstrebende Lage, bei der die Längsachse des Flugkörpers mit der Tangente an die Flugbahn zusammenfällt, hinaus und wird durch das Leitwerk wieder zurückgesteuert, d. h. es tritt ein Pendeln des Flugkörpers um die waagerechte Querachse ein. Beim Gegenstand der Hauptpatentanmeldung, um Jiesen Einschwingvorgang zu vermeiden oder weitgehend abzuschwächen, dem Flugkörper im Augenblick des Verlassens der Führungsvorrichtung eine Winkelgeschwindigkeit um die horizontale Querachse gegeben, die der Winkelgeschwindigkeit der Bahnneigung ent-

>⁵ sprechen soll. Dabei wurde von der Annahme ausgegangen, daß eine günstige Wirkung erzielt wird, wenn die Abstände der beiden Führungselemente vom Schwerpunkt so gewählt sind, daß die Winkelgeschwindigkeit der Achse des Flugkörpers beim Verlassen der Führungsvorrichtung mindestens annähernd gleich der Winkelgeschwindigkeit der Bahnneigung bei Beginn des freien Fluges ist.

Die vorliegende Zusatzerfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Abkippbewegung des Flugkörpers auch beeinflußt werden kann durch die Wahl der Länge der Führungswege auf denen beim Start des Flugkörpers die beiden Führungselemente jeweils im Kontakt mit der Führungsvorrichtung gehalten werden.

Die zu lösende Aufgabe bestand darin, ein Führungs-

ⁱⁿ system gemäß der Hauptpatentanmeldung so auszugestalten, daß eine weitere Beeinflussung der Abkippbewegung des Flugkörpers im Sinne einer Reduzierung des oben beschriebenen Einschwingvorganges erreicht wird.

Aus der Tatsache, daß der absolute Betrag der Winkelgeschwindigkeit der Bahnneigung bei gering beschleunigten Flugkörpern stark und bei hochbeschleunigten Flugkörpern weniger stark abnimmt, ergibt sich als Lösung der Aufgabe, daß erfindungsgemaß die Differenz der Führungswege iür das vordere Führungselement und das hintere Führungselement kleiner oder größer als der Abstand der Führungselemente voneinander, aber größer als Null ist und so gewählt ist, daß die Winkelgeschwindigkeit β der

^4r> Abkippbewegung der Flugkörperachse bei Beginn des freien Fluges gleich ist einem Produkt f/ ■ γο, wobei η eine Zahl ist, die unter Berücksichtigung der Dämp fungseigenschaften des Flugkörpers in Abhängigkeit von seiner Geschwindigkeit unter Voraussetzung

">° minimaler Pendelung der Flugkörperachse gegenüber der ßahntnngcntc bestimmbar ist und γ» die Winkelgeschwindigkeit der Bahnneigung bei Beginn des freien Fluges ist.

Es hat sich ergeben, daß es in vielen Fällen vorteilhaft

^r»^r» ist. wenn die Differenz der I ührungswcge so gewählt ist, daßij kleiner als !, also /i kleiner als γ» ist.

Im folgenden wird an Hand der Zeichnungen der Gegenstand der Zusatzerfindung beispielhaft weiter erläutert.

m> Fig. I zeigt analog F i g. I des Hauptpatentes den qualitativen Kurvcnvcrluiif des fiinschwingvorgangc.s eines Flugkörpers ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Führungssystems;

F i g. 2 zeigt in einer Darstellung analog Fig. I den

h'¹ l'.inschwingvorgang eines Flugkörpers bei Anwendung des erfmdiingsgemal.ten Fiihningssystems;

F ig. 5 bis 7 zeigen scheinaiisch einen flugkörper in einer Führungsvorrichtung bei unterschiedlicher Aiisbil

dung der Führungsvorrichtung.

In Fig. 1 ist der Winke! der Tangente gegen die Horizontale mit γ und der Winkel der Längsachse des Flugkörpers gegen die Horizontale mit β bezeichne!. /x„ ist der Abstellwinkel der Führungsvorrichtung. Es wird ο vorausgesetzt, daß das vordere und das hintere Führungselement gleichzeitig die Führungsvorrichtung verlassen. Ein Abkippeffekt tritt also nicht ein. In dem Augenblick, in welchem der Flugkörper die Führungsvorrichtung verläßt und damit unter der Einwirkung der Schwerkraft zu fallen beginnt, beginnt der Winkel γ kleiner zu werden, während der Flugkörper auf Grund der Trägheit bestrebt ist, den Neigungswinkel β beizubehalten und ihn dur.h den Einfluß des Leitwerkes ändert, womit der dargestellte Einschwingvorgang einsetzt.

Nimmt der Bahntangentenwinkel γ bei Beginn der freien Flügbahn zuerst rasch ab, d. h. ist am Anfang der Flugbahn die Bahntangentenwinkelgeschwindigkeit γ groß, um nach kurzer Zeit einen sehr viel kleineren Wert anzunehmen, so würde, wenn bei Beginn des freien Fluges infolge eines starken Abkippeffek es β = γ wäre, eine Übersteuerung eintreten und der Flugkörper würde ebenso starke Pendelbewegungen ausführen, wie bei einem Führungssystem ohne Abkippeffekt.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß eine erhebliche Verbesserung des Einschwingvorganges erzielt werden kann, wenn β kleiner ist als y.

Geht man davon aus. daß, wie bei der Hauptpatentanmeldung beschrieben, das vordere und das hintere ω Führungselement bis zum Ende der Führungsvorrichtung geführt werden, so müßten, um eine geringe Abkippwirkung zu erreichen, die Führungselemente näher aneinandergerückt werden. Dies ist aber wieder unerwünscht, weil dl·: Lage der Längsachse des Flugkörpers umso besser definiert ist, je weiter die beiden Führungselemente auseinander liegen.

In den Fig. 3 bis 7 ist stets der gleiche Abstund der Führungselemente 1 und 2 voneinander und vom Schwerpunkt S"vorausgesetzt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. J endet, wie beim Gegenstand der Hauptpatentanmeldung vorausgesetzt, der Führungsweg für das vordere und das hintere Führungselement an der gleichen Stelle. Die Differenz der beiden Führungswege entspricht also dem Abstand der beiden Führungselemente I und ? voneinander. Die Abkippbewegung des Flugkörpers beginnt, wenn das vordere Führungselement 1 die Führungsvorrichtung verläßt und endet, wenn das hintere Führungselement 2 du. Führungsvorrichtung -'crlafit. vi

in den F i g. 4 bis 7 ist angenommen, daß das vordere Führungselement 1 durch c'iie Führungsvorrichtung 4. und das hintere Führungselement 2 durch cmc Führungsvorrichtung 5 geführt wird, wobei die beiden Führungsvorrichtungen 4 und 5 voneinander unabhängig sind.

Endet, wie in F i g. 4 dargestellt, die Führungsvorrichtung 5 an der gleichen Stelle wie die Führungsvorrichtung 4_: so liegen die gleichen Verhältnisse vor wie bei der Anordnung nach F i g. 3, d. h. es tritt auch der gleiche Abkippeffekt ein.

Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist die Führungsvorrichtung 5 für das hintere Führungselement 2 kürzer ais bei der Anordnung nach F i g. 4. Die Differenz k der beiden Führungswege ist kleiner als der Abstand der beiden Führungselemente J und 2 voneinander. Das Abkippen beginnt in diesem FaIi, wenn das vordere Führungselement 1 die Führungsvorrichtung 4 verläßt, wobei das hintere Führungselement 2 noch durch die verkürzte Führungsvorrichtung 5 geführt wird, während sich der Flugkörper urn die Strecke k weiterbewegt. Es tritt also ein Abkippeffekt ein, der aber kleiner ist als bei den Anordnungen nach den F i g. 3 und 4.

Bei der Anordnung nach F i g. 6 sind beide Für.rungswege verkürzt. Die FührungsvorriLii'ung 4 für das vordere Führungselement 1 ist aber wt-niger als die Führungsvorrichtung 5 für das hintere Führungselement 2 verkürzt. Die Differenz /der beiden Führungswe^e ist ebenfalls kleiner als der Abstand der beiden Führungselemente 1 und 2 voneinander. Es gilt aber / größe; k Das Abkippen beginnt, wenn das Führungselement 1 die Führungsvorrichtung 4 verläßt. Von diesem Augenblick an. hai das hintere Führungselement 2 noch die Strecke t zurückzulegen. Der Abkippeffekt ist hier größer als bei der Anordnung nach F i g. 5.

Fig. 7 schließlich zeigt eine Anordnung, bei der der F'ührungsweg d»r Führungsvorrichtung 5 so v. eit verkürzt ist. daß die beiden Führungselement 1 und 2 gleichzeitig ihre Führungsvorrichtung verlassen. Die Differenz der beiden Führungswege ist Null geworden In diesem Fall ist auch der Abkippeffekt gleich Null.

Es zeigt sich somit, daß ohne den Abstand der beiden Führungselemente 1 und 2 voneinander und vom Schwerpunkt S zu verändern, sehr verschiedene Abk'opeffekte eingestellt werden können, die von Null bis. zu einem Maximaiwert reicht, welcher auftritt, wenn die Differenz der Führungswege gleich im Abstand üer beiden Führungselemente voneinander ist

Es ist auch möglich, dur^h Verkürzung -lcr f uh-ungv vorrichtung 4 für das vordere ί uhpmgseiemi ίι 1 die Differenz der Führungswege größer /u machen ais der Abstand der Führungselemente I und 2 voneinander Auf diese Weise wird der Abkippeffekt n<>< L v-ei-er vergrößert.

So ist es insgcam! möglich, ein Optimum im Zusammenhang mit der Ges;Mntfüh^run;:slange de: FühiLingssystems hinsichtlich minimaler P ende tu nt' /u er/iekn.

Hierzu 2 Hlatt Zcichnuncen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Führungssystem bei selbstgetriebenen Flugkörpern, bei dem am Flugkörper an zwei Stellen, die in Längsrichtung einen Abstand voneinander haben, Führungselemente angeordnet sind, die durch eine Führungsvorrichtung geführt sind, wobei der Abstand der beiden Führungselemente vom Schwerpunkt des Flugkörpers so groß ist, daß unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Flugkörpers beim Verlassen der Führungsvorrichtung der Flugkörper eine Abkippbewegung erhält, die mindestens annähernd gleich der Winkelgeschwindigkeit der Bahnneigung ist nach Patentanmeldung 23 11760, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz (k, I) der Führungswege (4, 5) für das vordere Führungselement (1) und das hintere Führungselement (2) kleiner oder größer als der Abstand der Führungselemente (1, 2) voneinander, aber größer als Null ist und so gewählt ist, daß die Winkelgeschwindigkeit β der Abkippbewegung der Flugkörperachse bei Beginn des Freifluges gleich einem Produkt η · γο, wobei η eine Zahl ist, die unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaften des Flugkörpers in Abhängigkeit von seiner Geschwindigkeit unter Voraussetzung n,inimaler Pendelung der Flugkörperachse gegenüber der Bahntangente bestimmbar ist und γο die Winkelgeschwindigkeit der Bahnneigung bei Beginn des freien Fluges ist.

2. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz (k. I) der Führungswege (4, .5) so gewäh!: ist, daß η kleiner ist als 1.