DE2408104C3 - Führungssystem bei selbstgetriebenen Flugkörpern - Google Patents

Description

Gegenstand einer älteren Patentanmeldung (DE-AS 23 11 760) 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 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 (j>o) der Bahnneigung ist. Bei der älteren Patentanmeldung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß jeder Flugkörper, wie überhaupt jeder frei geworfene Körper, eine gekrümmte Flugbahn durchläuft, d. h. der Winkel γ der Bahntangente gegen die Horizontale ändert sich mit einer für jeden Punkt der Flugbahn charakteristischen berechenbaren Winkelgeschwindigkeit γ.

Hat ein selbstgetriebener Flugkörper 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. Um diese Übereinstimmung wieder herzustellen, sind die Flugkörper mit Leitflächen versehen. Durch die Wirkung der Leitflächen wird dem Flugkörper eine Drehung um die horizontale 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 älteren Patentanmeldung wird, um diesen 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 entsprechen 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 Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Abkippbewegung des Flugkörpers auch beeinfluSt 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 Führungssystem gemäß der älteren Patentanmeldung 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 erfindungsge-•⁴⁰ maß die Differenz der Führungswege für 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 Abkippbewegung der Flugkörperachse bei Beginn des freien Fluges gleich ist einem Produkt η ■ j>o, wobei η eine Zahl ist, die unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaften des Flugkörpers in Abhängigkeit von seiner Geschwindigkeit unter Voraussetzung so minimaler Pendelung der Flugkörperachse gegenüber der Bahntangente bestimmbar ist und γο die Winkelgeschwindigkeit der Bahnneigung bei Beginn des freien Fluges ist.

Es hat sich ergeben, daß es in vielen Fällen vorteilhaft ist, wenn die Differenz der Führungswege so gewählt ist, daß η kleiner als 1, also β kleiner als γο ist.

Im folgenden wird an Hand der Zeichnungen der Gegenstand der Erfindung beispielhaft weiter erläutert. Fig. 1 zeigt analog Fig. 1 des Hauptpatentes den qualitativen Kurvenverlauf des Einschwingvorganges eines Flugkörpers ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Führungssystems;

• Fig.2 zeigt in einer Darstellung analog Fig. 1 den Einschwingvorgang eines Flugkörpers bei Anwendung des erfindungsgemäßen Führungssystems;

F i g. 3 bis 7 zeigen schematisch einen Flugkörper in einer Führungsvorrichtung bei unterschiedlicher Ausbildung der Führungsvorrichtung.

In Fig. 1 ist der Winkel der Tangente gegen die Horizontale mit γ und der Winkel der Längsachse des Flugkörpers gegen die Horizontale mit β bezeichnet *o ist der Anstellwinkel der Führungsvorrichtung. Es wird 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 durch den Einfluß des Leitwerkes ändert, womit der dargestellte Einschwingvorgang einsetzt

Nimmt der Bahntangentenwinkel γ bei Beginn der freien Flugbahn 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 Abkippeffektes 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 γ.

Geht man davon aus, daß, wie bei der älteren Patentanmeldung beschrieben, das vordere und das hintere Führungselement bis zum Ende der Führungsvorrichtung geführt werden, so müßten, um eine geri-ige Abkippwirkung zu erreichen, die Führungselemente näher aneinandergerückt werden. Dies ist aber wieder unerwünscht, weil die 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 Abstand der Führungselemente 1 und 2 voneinander und vom Schwerpunkt Svorausgesetzt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 endet, wie beim Gegenstand der älteren Patentanmeldung 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 1 und 2 voneinander. Die Abkippbewegung des Flugkörpers beginnt, wenn das vordere Führungselement 1 die Führungsvorrichtung verläßt und endet, wenn das hintere Führungselement 2 die Führungsvorrichtung verläßt.

In den F i g. 4 bis 7 ist angenommen, daß das vordere Führungselement 1 durch eine Führungsvorrichtung 4. und das hintere Führungselement 2 durch eine 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 F i g. 5 ist die Führungsvorrichtung 5 für das hintere Führungselement 2 kürzer als bei der Anordnung nach F i g. 4. Die Differenz k der

beiden Führungswege ist kleiner als der Abstand der beiden Führungselemente 1 und 2 voneinander. Das Abkippen beginnt in diesem Fall, 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 um 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 Führungswege verkürzt. Die Führungsvorrichtung 4 für das vordere Führungselement 1 ist aber weniger als die Führungsvorrichtung 5 für das hintere Führungselement 2 verkürzt. Die Differenz /der beiden Führungswege ist ebenfalls kleiner als der Abstand der beiden Führungselemente 1 und 2 voneinander. Es gilt aber / größer A:. Das Abkippen beginnt, wenn das Führungselement 1 die Führungsvorrichtung 4 verläßt. Von diesem Augenblick an, hat das hintere Führungselement 2 noch die Strecke / zurückzulegen. Der Abkippeffekt ist hier größer als bei der Anordnung nach F i g. 5.

F i g. 7 schließlich zeigt eine Anordnung, bei der der Führungsweg der Führungsvorrichtung 5 so weit verkürzt ist, daß die beiden Führungselemente 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

■to Abkippeffekte eingestellt werden können, die von Null bis zu einem Maximalwert reicht, welcher auftritt, wenn die Differenz der Führungswege gleich im Abstand der beiden Führungselemente voneinander ist.

Es ist auch möglich, durch Verkürzung der Führungs-

vorrichtung 4 für das vordere Führungselement S die Differenz der Führungswege größer zu machen als der Abstand der Führungselemente 1 und 2 voneinander. Auf diese Weise wird der Abkippeffekt noch weiter vergrößert.

5« So ist es insgesamt möglich, ein Optimum im Zusammenhang mit der Gesamtführungslänge des Fiihriingssystcms hinsichtlich minimaler Pendelung zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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, 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 minimaler Pendelung der Flugkörperachse gegenüber der Bahntangente bestimmbar ist und yo 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 gewählt ist, daß η kleiner ist als 1.