DE2434425A1 - Schubvektor-steuerungssystem fuer ein raketentriebwerk - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE ₈₉ Augsburg 22, den ''7-7.

DR. ING. E. LIEBAU Rilkestraße 10

DIPL.ING. G. LIEBAU Unser Zeichen A948O/p 2434425

(Bei Rückantwort bitte angeben) Ihr Zeichen

Aerojet-General Corporation 9100 East Flair Drive

El Monte, California 917 34 / USA

Schubvektor-Steuerungssystem für ein Raketentriebwerk

Die Erfindung betrifft Raketentriebwerke und insbesondere ein Schubvektor-Steuerungssystem für Raketentriebwerke od. dgl,,

In der Raketentechnik sind verschiedene Systeme zur Steuerung der Flugbahnen von Raketentriebwerken od„ dgl. bekannt. Diese Systeme verwenden Mittel, wie bewegliche Düsen, in den Raketenabgasen angeordnete Schaufeln und die Einspritzung von Sekundärfluiden in die Raketendüsen u, dgl. Alle bekannten Mittel unterliegen jedoch Beschränkungen, beispielsweise dadurch, daß die beweglichen Teile

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der Erosionswirkung der Abgase ausgesetzt sind, ferner durch erhöhtes Gewicht am Raketentriebwerk, mechanische Kompliziertheit, aerodynamischer Widerstand am Triebwerk usw..

Obwohl bewegliche Düsen bekannt sind und in der einschlägigen Technik verwendet werden, ergeben die herkömmlichen Schubvektor-Steuerungsvorrichtungen im allgemeinen eine Abweichung von nur etwa 15° von der Düsenachse mit den entsprechenden Problemen, wie aerodynamische Teilungslinien, Drehmomentschwankungen und eine Veränderung der inneren Geometrie bei Auslenkungen.

Es besteht daher ein Bedarf für ein Schubvektor-Steuerungssystem für Raketentriebwerke od. dgl. mit einem grösseren Bereich der Schubvektorsteuerung als bei denbekannten Systemen, das besonders vorteilhaft ist, wenn ein rasches Ansprechen und eine hohe Seitenkraft des Raketentriebwerks gewünscht wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Schubvektor-Steuerungssystems für ein Raketentriebwerk mit einem wesentlich verbesserten Grad der Schubvektorsteuerung.

Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, das vorgenannte Ziel mit einem System zu erreichen, das eine einzige Raketendüse besitzt.

Weiter gehört es zur Aufgabe der Erfindung, das Hauptziel mit einem System mit Doppelraketendüsen zu erreichen.

Die vorstehenden und weitere Ziele werden vorzugsweise durch die Verwendung eines Bundaggregats erreicht, welches mit dem hinteren Ende des Düsenrohres eines Raketentrieb-

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werks verbunden ist und einer ersten Hülse, die mit dem Bundaggregat drehbar verbunden ist. Mit dem Bundaggregat ist ein Kugelaggregat verbunden und eine zweite Hülse ist mit dem Kugelaggregat drehbar verbunden, an dem eine Düse fest angebracht ist.

Eine Einrichtung dient sowohl für den Drehantrieb der ersten Hülse mit Bezug auf das Düsenrohr, wobei die axiale Bohrung der ersten Hülse im allgemeinen mit der axialen Bohrung des Düsenrohres zusammenfällt, und für den Drehantrieb der zweiten Hülse in der Weise, daß die axiale Bohrung der von dieser getragenen Hülse zwischen Stellungen beweglich ist, in welchen ihre axiale Bohrung im wesentlichen mit der axialen Bohrung des Düsenrohres zusammenfällt, und in welchen ihre axiale Bohrung einen Winkel von maximal etwa 90° mit Bezug auf die axiale Bohrung des Düsenrohres hat. Bei einer zweiten Ausführungsform sind zwei Düsen von ähnlicher Drehbarkeit so vorgesehen, daß sie unabhängig voneinander gedreht werden können, und eine Einrichtung kann vorgesehen werden, durch welche auch ein Hülsenteil des hinteren Endes des Düsenrohres gedreht werden kann. Bei dieser letzteren Ausführungsform kann eine Schubumkehr ung erreicht werden.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht im vertikalen Schnitt einer ersten Ausführungsform des erfxndungsgemäßen Schubvektor-Steuerungs systems;

Fig.IA eine Schnittansicht mit Einzelheiten eines Teils des in Fig. 1 dargestellten Systems;

Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie II-II-in Fig. 1;

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Fig, 3 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine schematische Ansicht des Systems von Fig. 1;

Fig. 5 eine Ansicht im vertikalen Schnitt einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schubvektor-Steuerungssystems und

Fig, 6-8 schematische Ansichten, welche die Arbeitsweise des Systems nach Fig. 5 darstellen.

In Fig. 1 und IA ist ein einziges Düsenaggregat 10 ge- , zeigt, das an dem Düsenrohr 11 eines Raketentriebwerks od. dgl. befestigt werden kann. An dem Düsenrohr 11 ist ein Bundaggregat 12 befestigt. Für diesen Zweck ist eine abgesetzte Schulter 14 an einem isolierten Teil 14· * des Düsenrohres 11 vorgesehen. Die Schulter 14 kann an einer Schulter 15 an einem isolierten Teil 16' einer drehbaren Hülse 16 in Anlage gebracht werden, durch die sich eine axial ausgefluchtete Bohrung 17 erstreckt (siehe auch Fig, 2), Die Hülse 16 ist mit einem im wesentlichen halbkugelförmigen Teil 16" ausgebildet, wie in Fig. 1 gezeigt. Ein Ring 18, beispielsweise aus "Teflon" od. dgl. kann an der Stoßstelle der Schultern 14, 15 angeordnet werden, um zu verhindern, daß Druckgase od. dgl. in der Bohrung 17 in Kanäle des Bundaggregats 12 eintreten, wie nachfolgend beschrieben wird.

Das Bundaggregat 12 weist einen ersten ringförmigen Bundteil. 20 auf. Mit dem Bundteil 20 ist ein Gehäuseteil 21 fest, verbunden, der an sinem einen Ende durch eine Schweiß-

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verbindung 22 mit dem Düsenrohr 11 verbunden ist, und einen sich nach oben erstreckenden Teil aufweist, der mit dem Bundteil 20 durch einen lösbaren Bolzen 24 verschraubt ist. In Anlage an dem ersten Bundteil 20 ist ein zu diesem passend ausgebildeter zweiter ringförmiger Bundteil 4-1 vorgesehen. Der Bolzen 24 erstreckt sich durch einen zweiten Gehäuseteil 42 und ist mit einer Mutter 25 od. dgl. versehen, welche die verschiedenen Bauelemente aneinander sichert. Es können natürlich beliebige geeignete Löse- und Befestigungsmittel verwendet werden.

Der Gehäuseteil 21 ist ferner mit einer sich nach unten erstreckenden ringförmigen Schulter 26 ausgebildet, die sowohl gegen das Düsenrohr 11 als auch gegen die Schulter

15 anliegt, wie gezeigt. Ein Hohlraum 27, in welchem sich ein O-Ring 28 befindet, ist im Gehäuseteil 21 in Anlage an der Hülse 16 vorgesehen. Der Bundteil 20 weist ferner einen Ausschnitt 29 auf, in welchem sich ein Laufring 30 befindet, der eine Anzahl voneinander in Abstand befindlicher ringförmig angeordneter Lagerkugeln 31 umgibt und diese hält.· Im Laufring 30 sind auf jeder Seite der Lagerkugeln 31 eine Anzahl Käfige 32 vorgesehen, um die Lagerkugeln voneinander zu trennen.

Eine Mutter 33 ist zwischen dem Gehäuseteil 21, der Hülse

16 und einem zweiten Laufring 34 angeordnet, um die Lagerkugeln 31 zu halten. Die Mutter 33 ist auf ein Gewinde der Hülse 16 aufgeschraubt und liegt gegen den Laufring 34 an, wie gezeigt. Ein L-förmiger Kanal 35 erstreckt sich zwischen der Hülse 16, um die Mutter 33 herum und oberhalb . des Laufrings 34, wie gezeigt. Wie sich aus Fig. IA und insbesondere aus Fig. 2 ergibt, ist zwischen der Hülse 16 und der Innenfläche des Bundaggregats 20 eine ringförmige

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Kammer 36 vorgesehen;-die Kammer 36 steht daher in Fluidverbindung mit dem Laufring 30 und ist an ihrem einen Ende durch einen Stopfen 37 abgeschlossen. Das andere Ende der Kammer setzt sich nach oben mit einem Kanal 38 fort und ist durch einen zweiten Stopfen 39 ebenfalls abgeschlossen. Der Kanal 38 steht in Fluidverbindung mit einem sich in der Querrichtung erstreckenden Kanal -40, der durch gestrichelte Linien angegeben ist.

Zurückkommend auf den ersten Bundteil, es sind ähnliche O-Ringe 28 und Hohlräume 27 wie vorangehend beschrieben, im Bundaggregat 12 vorgesehen, wie gezeigt. Wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, können zwei Hilfskanäle 44, 45 od, dgl. um den Bundteil 41 herum vorgesehen werden, durch welche ein hydraulisches Medium, eingeleitet werden kann* Von der Hülse 16 erstreckt sich eine erste Schaufel 48 innerhalb der Kammer 36 radial nach aussen, während sich eine zweite Schaufel 49 vom Bundteil 41 radial nach innen erstreckt. Die Stangen 46, 47, beispielsweise aus "Teflon¹¹ od. dgl., können auf der umlaufenden bzw. festen Schaufel 48 bzw. 49 vorgesehen werden. Wie ebenfalls aus Fig. 2 ersichtlich ist, können die Bundteile 20, 41 mit einer Anzahl ringförmig in Abstand voneinander sich erstreckender Ausnehmungen 50 versehen sein, um das Gewicht des Bundaggregats 12 zu erleichtern. Wie gezeigt, sind geeignete Hohlräume 2.7 und O-Ringe 28 auch beim zwdten Bundteil 41 vorgesehen.

Der Gehäuseteil 42 enthält ebenfalls geeignete Hohlräume 27 und O-Ringe 28. Ausserdem enthält der Gehäuseteil 4 2 einen Ausschnitt 29, einen Laufring 30, Lagerkugeln 31, Käfige 32 und einen zweiten Laufring 34 wie vorangehend in Verbindung mit dem ersten Bundteil 20 beschrieben. Der

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Kanal 40 steht ferner mit dem Laufring 30 im Teil 42 in Verbindung, wie gezeigt. Wie sich aus Fig, 2 ergibt, sind zwei voneinander in Abstand befindliche Anschläge 51, 52 vorgesehen, welche Preßsitz od. dgl. in geeigneten Eintiefungen 5 3, 54 im zweiten Bundteil 41 haben. Diese Anschläge 51, 52 können von beliebiger geeigneter Gestalt sein und sich natürlich zu beiden Bundteilen 20, 41 erstrecken.

Im Betrieb kann, wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, ein hydraulisches Medium wahlweise durch Kanäle 44, 45 von einer entfernten Quelle ₉ beispielsweise am Raketentriebwerk, durch beliebige geeignete Mittel eingeleitet werden. Das Medium tritt in die zwischen dem Bundteil 41 und der Hülse 16 gebildete Kammer 36 ein. Wenn das Medium durch den Kanal 45 eingeleitet wird, wird es der Schaufel 48 zugeführt und treibt diese Cund damit die Hülse 16) zu der gestrichelt gezeichneten Stellung 48', Wenn das Medium durch den Kanal 44 eingeleitet wird, nimmt es seinen Weg durch den Kanal 40 und beaufschlagt die drehbare Schaufel 48, so daß diese zu der gestrichelt gezeichneten Stellung 48" getrieben wird. Im ersteren Falle wird die Drehung der Hülse 16 durch die Anlage der Schaufel 48 am Anschlag 5 2 angehalten, während im zweiten Falle die Drehung der Hülse 16 durch die Anlage der Schaufel 48 am Anschlag 51 angehalten wird. Der Bundteil 41 bleibt natürlich stationär. Die Drehachse der Hülse 16 wird daher über einen Ausschlagwinkel X von etwa - 85° verändert. Die vorerwähnten Kanäle und die Kammer 36 ermöglichen, daß das hydraulische Medium in den Kanälen 40, 55 die Kugellagersysteme schmieren kann.

Wie sich sowohl aus Fig. 1 und 3 ergibt, ist eine Düse 13 an einem Kugelaggregat 56 befestigt, das zwischen dem

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Bundaggregat 12 und der Düse 13 angeordnet ist. Dies kann mit Hilfe einer Vielzahl von Bolzen 57 sein, welche in ringförmiger Anordnung um einen Umfangsflansch 58 der Düse 13 herum vorgesehen sind und Preßsitz od. dgl. •durch geeignete Bohrungen sowohl im Flansch 58 als auch im Umfangsflansch 5 9 haben» der zum Kugelaggregat 56 führt.

Der Flansch 5 9 ist am Ende eines sich erweiternden Teils 60 einer Hülse 77 des Kugelaggregats 5 6 vorgesehen_s und führt zu einem kugeligen Teil 61. Dieser kugelige Teil ist von einem kugeligen Bundaggregat 62 umgeben (Fig. IA). Das Bundaggregat 6 2 weist einen ersten Bundteil 6 3 und einen zu diesem formschlüssigen zweiten Bundteil 64 auf.. Durch den ersten Bundteil 6 3 erstrecken sich zwei Kanäle (der vorerwähnte Kanal 40 und ein ähnlicher Kanal 65, der in Fig. 1 nicht sichtbar ist, jedoch in Fig. 3 gezeigt ist), Das hydraulische Fluid kann daher durch die Kanäle M-O, 65 aus dem Bundaggregat 12 fließen. Kanäle 66, 67 (siehe ebenfalls Fig. 3) erstrecken sich quer zu den Kanälen 40, 65 und stehen mit diesen in Fluidverbindung. Stopfen 68 verschließen Teile der Kanäle 66, 67, die mit der Aussenseite des Kugelbundaggregats 62 in Verbindung stehen, und die äusseren Tale des Bundaggregats 12 können an den Teilen 69 abgeschrägt sein, um das Gewicht zu verringern. Ferner kann der Aussenumfang 70 des Bundaggregats 62 mit Ausnehmungen 71 od. dgl. versehen sein, um das Gewicht noch weiter herabzusetzen.

Eine Anordnung aus Bolzen 72 und Muttern 73 ähnlich der Anordnung 24, 25 kann dazu verwendet werden, die Bundteile 63, 64 lösbar aneinander zu befestigen. Der isolierte Teil 16^f der Hülse 16 ist an seinem hinteren Ende mit einem Schulterteil 74 ausgebildet, der mit einem passend aus-

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gebildeten Schulterteil 75 des isolierten Teils 76 der im wesentlichen halbkugeligen Hülse 77 in Eingriff steht.

Der erste Bundteil 63 ist mit einer sich radial nach innen erstreckendenSchaufel 78 ausgebildet (siehe Fig. 3). Der isolierte Teil 76 der Hülse 77 weist eine sich radial nach aussen erstreckende Schaufel 79 auf (siehe Figi 3). Wie gezeigt, tragen die Schaufeln 78, 79 Dichtungen 80, 81 beispielsweise aus "Teflon" od. dgl.. Wie gezeigt, sind ebenfalls geeignete Hohlräume 27 und O-Ringe 28 vorgesehen. Der Bundteil 64 ist ebenfalls mit einem Ausschnitt 82 ausgebildet, in welchem sich ein Laufring 8 3 befindet, der geeignete Käfige 84 enthält, durch welche Lagerkugeln 85 gelagert sind. Abstandsstücke (nicht sichtbar) können verwendet werden, um die Lagerkugeln voneinander in Abstand zu halten.

Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Schaufeln 78, 79 innerhalb einer ringförmigen Kammer 87 beweglich, die zwischen dem ersten Bundteil 63 und der Hülse 77 vorgesehen ist. Diese Kammer 87 steht natürlich in Strömungsverbindung mit den Kanälen 66 und 67. Voneinander in Abstand befindliche Anschläge 88, 89 sind in geeigneten Eintiefungen in der Innenwand des ersten Bundteils 63 angeordnet.

Im Betrieb (siehe Fig. 3) fließt, wenn Fluid durch den Kanal 40 bzw, 65 eintritt, dieses durch den Kanal 66 bzw. 6 7 in die Kammer 87. Wenn das Fluid in die Kammer 87 durch den Kanal 66 fließt» beaufschlagt es die Schaufel 79 und bewegt diese gegen den Anschlag 89 (gestrichelt gezeichnete Stellung 79'). Wenn Fluid in die Kammer 87 durch den Kanal. 67 einströmt, beaufschlagt es die Schaufel 79 und bewegt diese gegen den Anschlag 88 (gestrichelt gezeichnete Stellung 79"). Der erste Bundteil 63 bleibt natürlich stationär.

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Wie sich aus Fig. 3 ergibt, hat die Hülse 77 daher einen Ausschlagwinkel X von etwa 90°. Wie durch den Pfeil 90 in Fig. IA angegeben, wird die Hülse 77 um eine Achse 91* gedreht, die sich schräg zur Drehachse 92 der Hülse 16 oder mit einem Winkel Z von etwa 25° erstreckt. Da die Düse 13 von der Hülse 77 getragen wird, wird sie ebenfalls entsprechend gedreht.

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß durch das Einleiten eines Druckmittels durch die eine oder die andere Seite die inneren halbkugelförmigen Hülsen 16 und 7.7 unabhängig den einen oder den anderen Weg getrieben werden, wenn Druckmittel abgezogen oder eingeleitet wird, beispielsweise mittels einer geeigneten Ventilanordnung am Raketentriebwerk selbst. Durch die Anwendung der durch die Erfindung gegebenen Lehren lassen sich wesentlich grössere Schubvektorwinkel für Feststoff-Triebwerke od. dgl. erzielen· Die Düse 13 kann daher, wie in Fig. 4 dargestellt, sowohl um ihre Längsachse'als auch mit Bezug auf die Längsachse des Düsenrohres 11 gedreht werden. Die Hülse 77 und die von dieser getragene Düse 13 können in Stellungen von 50° mit Bezug auf die Längsachse des Rohres 11 gedreht werden, wie gezeigt. Ein Schubvektor von 50° in jeder Ebene läßt sich durch die Anordnung der Düse 13 auf einem Kugelaggregat 5 6 erzielen, das diametral mit einem Winkel von etwa 115° zur Düsenachse geschnitten ist. Die Halbkugel/fenthält daher die Düse 13 und ist um eine Achse von 90° mit Bezug auf die Schnittebene schwenkbar (z.B, Linie 3-3 in Fig. 1). Das Kugelaggreget 56 ist an dem halbkugelförmigen Teil 16» der Hülse 16 befestigt, dessen Achse sich in Ausfluchtung mit der Düsenachse in der Nullstellung befindet. Wenn die Hülse 16 in Harmonie mit der Schwenkbewegung des halbkugelförmigen Teils 77

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und dessen Düse 13 gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen verschwenkt werden, sind in jeder Ebene 50 Schubvektoren erzielbar, wie in Fig. 4- gezeigt. Während der normalen Nullstellung der Düse 13 wird eine direkte Gasströmung durch diese angenommen, während die nachfolgende Schubvektorsteuerung der Düse 13 beibehalten wird. Es können beliebige geeignete Betätigungsorgane herkömmlicher Art dazu verwendet werden, die beweglichen Bauelemente zu drehen.

Aus Fig. 1 ist daher klar erkennbar, daß das Düsenrohr mit dem Bundaggregat 12 fest verbunden ist und sich daher wie eine Einheit mit Bezug auf die Hülse 16 und das mit dieser fest verbundene Bundaggregat 62 dreht. Das Bundaggregat 62 und die Hülse 16 drehen sich als Einheit mit Bezug auf das Kugelaggregat 5 6 und die Düse 13.

Der diametrale Schnitt im Kugelaggregat steht in direktem Zusammenhang mit dem gewünschten 'maximalen geometrischen Düsenvektor. Der diametrale Schnitt von 115°, der in Fig. gezeigt ist, ergibt einen maximalen geometrischen Vektor von etwa 50° oder doppelt den Winkel Z, der bei dieser Ausführungsform etwa 25° beträgt.

Ferner ist ersichtlich, daß der maximal erzielbare Vektor auf der Größe des Winkels Z beruht. Wie in Fig. 1 angegeben, beträgt der Winkel Z etwa 25°. Wenn der Winkel Z auf maximal 45° vergrössert wird, läßt sich zeigen, daß ein maximaler Vektorwinkel von 90° erhalten wird.

Zur Vergrösserung des Vektorwinkels braucht die Grundform jedes der Bauelemente nicht verändert zu werden. Der körperliche Abstand zwischen den Elementen zur Drehung des Bundaggregats 12 und des Düsenrohres 11 sowie zur

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Drehung des Bundaggregats 62 und der Hülse 16 muß jedoch vergrössert werden, um die Drehbewegung des Kugelaggregats 56 und der Düse 13 zu ermöglichen.

Wenn für bestimmte Raketentriebwerkbauformen ein Winkel Z von weniger als 25° verwendet werden soll, kann der relative Abstand des Bundaggregis 12 und des Düsenrohres 11 mit Bezug auf das Bundaggregat 12 und die Hülse 16 wie in Fig. 1 gezeigt verwendet werden. Es kann jedoch in der Gesamtlänge die Überschneidung der Drehungsmitte der beiden Drehachsen 91 und 9 2, die sich am Punkt 4 3 treffen, so verlagert werden, daß der Punkt 4 3 nach vorne in der Richtung des festen Düsenrohres 11 angeordnet wird.

Obwohl in Fig. 1 nur eine einzige Düse 13 dargestellt ist, sind die erfindungsgemäßen Lehren auch auf eine Doppeldüsenanordnung anwendbar. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5, in welcher gleiche Bezugsziffern Teile bezeichnen, die den in Fig. 1-4 gleich sind, ist das Düsenrohr 11 mit einem Bundaggregat 12 für den Drehantrieb der Innenhülse 91 in der vorangehend beschriebenen Weise versehen. Das Bundaggregat 12 ist natürlich dem in Fig. 1 gezeigten Bundaggregat 12 identisch, jedoch ist die Hülse 91, obwohl sie wie die Hülse 16 in Fig. 1 gedreht wird, unterschiedlich gestaltet und weist einen sich ringförmig und nach aussen erstreckenden sich erweiternden Teil 92 auf. Die Drehung der Hülse 91 ist wahlweise, wie nachfolgend näher erläutert wird.

Das Kugelaggregat 93 unterscheidet sich ebenfalls von dem vorerwähnten Kugelaggregat 56 und weist einen Mittelteil 94 (siehe auch Fig. 6) auf, der mit zwei im wesentlichen halbkugelförmigen Teilen 95, 96 auf seinen ent-

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gegengesetzten Flächen versehen ist. Jeder Teil 95, 96 trägt an seinem freien Ende fest eine Düse 97 bzw. 98. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Teile 95, 96 Düsen 97, 98 haben, die mit deren Innerem in Verbindung stehen und sich nach aussen erweitern. Jeder Teil 95, 96 ist um eine Ebene drehbar, die sich durch Lagerungspunkte (Punkte 99, 100 mit Bezug auf den Teil 95 und Punkte 101, 102 mit Bezug auf den Teil 96) erstrecken. Diese Punkte sind in der Zeichnung durch sich ringförmige erstreckende O-Ringe angegeben, die in geeigneten Nuten angeordnet sind, wie gezeigt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1-4 ist eine Einrichtung für die Zufuhr eines hydraulischen Mediums zum Bundaggregat 12 vorgesehen und die sich drehende Innenhülse 16 liefert ebenfalls Fluid zum Kugelaggregat 56. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die Einrichtung für die Zufuhr von hydraulischem Medium zur Innenhülse 92 identisch und wurde deshalb nicht erneut beschrieben. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich jedoch keine Fluidkanäle zwischen dem Bundaggregat 12 und dem Kugelaggregat 9 3.

Die Einrichtung für den Drehantrieb jedes Teils 95, 96 kann der vorangehend in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 1-4 beschriebenen Einrichtung identisch sein, so daß sich eine weitere Erläuterung erübrigt. Da keine Fluidkanäle sich zwischen dem Bundaggregat 12 und dem Kugelaggregat 93 erstrecken, werden jedoch die Teile 95, 96 unabhängig voneinander und von der Drehung der Hülse 92 gedreht.

Fig. 6.-8 zeigen die mit dem System nach Fig. 5 möglichen verschiedenen Stellungen. Die Ansichten sind mit der .

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Blickrichtung vorwärts vom Raketentriebwerk gegeben. In Fig. 6 können die Düsen 97 und 98 aus der mit voll ausgezogenen Linien gezeichneten Stellung in die strichpunktiert gezeichneten Stellungen 97', 98' verschwenkt werden. Gleichzeitig kann die Hülse 91 um ihre Achse durch ihr Bundaggregat gedreht werden. Diese Stellungen sind als "Nick"-Stellungen ("pitch" positions) bekannt.

In Fig. 7 ist eine "Roll"-Stellung ("roll" position) dargestellt. Fig. 8 zeigt eine "6ier"-Stellung (yaw^lfposition).

Beliebige geeignete Materialien, wie Aluminium, Phenolharz usw., können zur Herstellung der verschiedenen Bauelemente je nach der Betriebsdauer, den Temperaturen, den Drücken und verwendeten Fluiden benutzt werden. Ferner sind die vorangehend beschriebenen Ausbildungsformen für jeden Maßstab je nach den Kräften und dem gewünschten Verhalten anwendbar.

Bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 - U wird der Vektorbedarf dadurch, erhalten, daß die Drehung der Hülse 16, welche der hintere Teil des Düsenrohres 11 ist, und der Düeel3 kombiniert werden. ,Die Düse 13 kann daher in einer einzigen Vektorebene dadurch bewegt werden, daß die Hülse 16 und die Düse 13 im richtigen Verhältnis gedreht werden. Wenn nur die Düse 13 gedreht werden würde, würde sie schließlich den gewünschten Vektor bewirken, jedoch werden bei der Durchführung einer solchen Auslenkung zum Erreichen der gewünschten Stellung induzierte schräge und unerwünschte Vektoren herbeigeführt. Durch eine Gegendrehung der Hülse 16 benachbart dem drehbaren Hülsenabschnitt oder Kugelteil 61 werden diese unerwünschten Vektoren kompensiert und ein Vektor in einer einzigen

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Ebene erhalten. Obwohl ein besonderer Teilungswinkel des Kugelaggregats 5 6 gezeigt wurde, lassen sich unterschiedliche maximale Vektoren durch unterschiedliche Teilungswinkel erzielen.

Bei der in Fig. 5—8 dargestellten zweiten Ausführungsform wird ein maximaler Vektor von 90° erhalten, mit dem eine Roll-Steuerung und ein umgekehrter Schub erreicht werden kann. Gieren wird beispielsweise, wie in Fig. 8 gezeigt, dadurch erhalten, daß die beiden Düsen 97, 98 in der gleichen Richtung gedreht werden. Nicken, Fig. 6, wird erhalten durch die Kombination einer differentiellen Düsendrehung, um das Flugobjekt (z.B. die Rakete) in die gewünschte Ebene zu rollen, worauf die beiden Düsen 97, 98 in die gewünschte Richtung bewegt werden, öder dadurch, daß eine drehbare Düsenrohrhülse 91 ähnlich der Hülse 16 und dem Bundaggregat 12 von Fig. 1-4 eingebaut werden, wenn ein Rollen des ganzen Flugobjekts unerwünscht ist.

Im Vorangehenden wurden daher Düsensysteme beschrieben, welche die Fähigkeit haben, eine maximale Seitenkraft dadurch zu erzeugen, daß die Düse 13 (oder die Düsen 97, 98) mit Bezug auf die normale Schubachse bewegt wird. Bei der zweiten Ausführungsform ist eine Roll-Kraft und ein Rückwärtsschub möglich. Es werden hohe Ansprechgeschwindigkeiten infolge der relativ geringen Massenträgheit zwischen den sich bewegenden Teilen erzielt. Es findet keine Änderung in der Betatigerdrehmomentbelastung während Vektorexkursionen statt, da die Innenkanäle keine Änderung im Volumen oder in der Fläche erfahren. Es kommen keine aerodynamischen Teilungslinien vor, die unerwünschte Störungen der Strömung verursachen können.

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Im Vorangehenden ist natürlich nur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   (1·\Schubvektor-Steuerungssystem für ein Raketentriebwerk d. dgl,, bei welchem das Raketentriebwerk ein Düsenrohr an seinem hinteren Ende aufweist, das mit einer sich axial erstreckenden Bohrung versehen ist, gekennzeichnet durch

   ein Bundaggregat, das am Düsenrohr fest angebracht ist} eine erste Hülse, die mit dem Bundaggregat drehbar verbunden ist und mit einer axial durchgehenden Bohrung versehen ist, die sich mit der Bohrung des Düsenrohres in axialer Ausfluchtung befindet;

   eine erste Hülsenantriebseinrichtung, die dem Bundaggregat zugeordnet ist und an der ersten Hülse angreift, um diese um ihre Längsachse zu drehen; ein Kugelaggregat in Betatigungsverbindung mit dem Bundaggregat;

   eine zweite Hülse, die mit dem Kugelaggregat drehbar verbunden ist und eine durchgehende axiale Bohrung aufweist und zwischen Stellungen beweglich ist, um die Achse der zweiten Hülsenbohrung in axiale Ausfluchtung mit der Bohrung des Düsenrohres zu bringen; eine zweite Hülsenantriebseinrichtung, die dem Kugelaggregat zugeordnet ist und in Betätigungsverbindung mit der zweiten Hülse steht, für den Drehantrieb der zweiten Hülse um eine Achse, die sich im wesentlichen quer zur Achse des erwähnten Rohres erstreckt; und

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   eine Düse mit einer durchgehenden axialen Bohrung, die fest mit der zweiten' Hülse verbunden ist, wobei sich ihre Achse in axialer Ausfluchtung mit der Bohrungsachse der zweiten Hülse befindet.

   2, System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten und der zweiten Hülsendrehantriebseinrichtung Organe für den gleichzeitigen Drehantrieb der ersten und der zweiten Hülse zugeordnet sind.

   3, System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse der zweiten Hülse um eine Achse ist,' die sich durch das Kugelaggregat mit einem Winkel von etwa 115 mit Bezug auf die Achse der Bohrung des Düsenrohres erstreckt.

   , System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Hülsendrehantrxebseinrxchtung mit Organen versehen sind, die für den Drehantrieb der zweiten Hülse aus einer Stellung, in welcher die Achse der Bohrung der Düse axial mit der Bohrungsachse des Düsenrohres ausgefluchtet ist, in eine Stellung dienen, in welcher die Achse der Bohrung der Düse im wesentlichen einen Winkel von 50° mit Bezug auf die Bohrungsachse des Düsenrohres hat.

   5, System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die letzterwähnten Organe die zweite Hülse zwischen Stellungen drehen können, in welchen die erwähnte axiale Bohrung der Düse zuerst mit der Bohrungsachse des Düsenrohres

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   im wesentlichen axial ausgefluchtet werden kann, dann zu einer zweiten Stellung, in welcher die erwähnte axiale Bohrung der Düse im wesentlichen einen Winkel von 90° zur Bohrungsachse des Düsenrohres hat, dann zu einer dritten Stellung, in welcher die axiale Bohrung der Düse im wesentlichen einen Winkel von 90° mit Bezug auf die Bohrungsachse des Düsenrohres hat, jedoch auch einen Winkel von etwa 90° mit Bezug auf die letzterwähnte Stellung der Düse, dann zu einer vierten Stellung, in welcher die axiale Bohrung der Düse im wesentlichen einen Winkel von 90° mit Bezug auf die Bohrungsachse des Düsenrohres hat, jedoch auch einen Winkel von etwa 90° mit Bezug auf die letzterwähnte Stellung der Düse, dann zu einer fünften Stellung, in welcher die axiale Bohrung der Düse im wesentlichen einen Winkel von 90° mit der Bohrungsachse des Düsenrohres hat, jedoch auch einen Winkel von etwa 90° mit Bezug auf die letzterwähnte Stellung der Düse, welche vier letzterwähnten Stellungen der Düse in einer Ebene liegen, die zu der axialen Bohrung des Düsenrohres im wesentlichen senkrecht ist.

   6. Schubvektor-Steuerungssystem für ein Raketentriebwerk od. dgl., bei welchem das Raketentriebwerk ein Düsenrohr an seinem hinteren Ende besitzt, das eine axial durchgehende Bohrung aufweist, gekennzeichnet durch ein Kugelaggregat in Betätigungsverbindung mit dem hinteren Ende des Düsenrohres;

   ein erstes Düsenaggregat, das drehbar auf einem ersten im wesentlichen halbkugelförmigen Teil des Kugelaggregats angeordnet ist;

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   ein zweites Düsenaggregat, das drehbar auf einem zweiten im wesentlichen halbkugelförmigen Teil des Kugelaggregats im Abstand von dem ersten Teil angeordnet ist; wobei jedes dieser Düsenaggregate eine Düse mit einer durchgehenden axialen Bohrung fest verbunden ist und die Düsen zu einer Stellung beweglich sind, in welcher die Bohrung jeder der Düsen mit ihrer Achse zur axialen Bohrung des Düsenrohres im wesentlichen parallel ist; und

   eine Drehantriebseinrichtung dem Kugelaggregat zugeordnet ist und mit jedem der Dusenaggregate in Betati- ' gungsverbindung steht, um jeder der Düsen einen Drehantrieb um eine Achse mitteilen zu können, die zur Achse der Bohrung des Düsenrohres versetzt ist.

   7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Bohrungen jeder der Düsen in der ersterwähnten Stellung eine WinkelverSetzung von etwa 5° zur axialen Bohrung des Düsenrohres hat.

   8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehantriebseinrichtung dazu dient, jede der Düsen so zu drehen, daß die axialen Bohrungen jeder der Düsen zur axialen Bohrung des Düsenrohres mit einem Winkel von etwa 35° versetzt sind.

   9, System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehantriebseinrichtung dazu dient, jedes der Düsenaggregate unabhängig voneinander zur Drehung anzutreiben.

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   10. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelaggregat Betätigungsverbindung mit dem hinteren Ende des Düsenrohres durch ein Bundaggregat hat, das sowohl mit dem Kugelaggregat als auch mit dem Düsenrohr fest verbunden ist, eine drehbare Hülse Betätigungsverbindung mit dem Bundaggregat hat und eine axiale Bohrung besitzt, die sich mit der axialen Bohrung des erwähnten Rohres im wesentlichen in Ausfluchtung befindet, und dem Bundaggregat eine Einrichtung zugeordnet ist, die in Betätigungsverbindung mit der erwähnten Hülse gebracht werden kann, um diese um ihre axiale Bohrung zu drehen.

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