DE2613953C3

DE2613953C3 - Einrichtung zur Höhensteuerung von Schleppzielen

Info

Publication number: DE2613953C3
Application number: DE19762613953
Authority: DE
Inventors: Eugen Dr.-Ing. 7778 Markdorf Herpfer
Original assignee: Dornier GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1976-04-01
Filing date: 1976-04-01
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DE2613953B2; DE2613953A1

Description

Die Erfindung betrifft ekle Einrichtung zur Höhensteuerung von durch ein Schleppf iggerät mittels Seil nachgezogenen und ständig damit verbundenen Schleppzielen, mit in die Strömung ausfahrbaren Widerstandskörpern.

Schleppkörper der genannten Art (DE-OS 17 56 785) werden beispielsweise zur Zieldarstellung für Schieß-Übungen benutzt Der Schleppkörper wird von bemannten oder auch unbemannten, ferngesteuerten Fluggeräten mittels eines Seiles in einem ausreichende» Sicherheitsabstand nachgezogen.

Von besonderer Wichtigkeit ist für die Beschußübungen die Simulierung tieffliegender Flugzeuge über Land aber auch über See. Ober Land ergeben sich durch das Geländeprofil sowie Hindernisse anderer Art für die Darstellung besondere Schwierigkeiten, die sich z. B. aus der erforderlichen Schleppseillänge, der Schlepp- se fluggeschwindigkeit und der Ausbildung des Schleppzieles ergeben. Es soll einerseits für eine wirklichkeitsnahe Simulierung von Tieffliegern das Schleppziel in möglichst geringer Höhe über Grund bewegt und andererseits mit Sicherheit eine unbeabsichtigte Boden- bzw, Wasserberührung vermieden werden, da eine solche Berührung in den überwiegenden Fällen zur Zerstörung des Schleppzieles führt

Es ist für die Zieldarstellung auch besonders wichtig, daß das Schleppziel einem Höhenprofil, entsprechend der Geländefofmätiön zu folgen vermag.

Höhensteuer· und Tragflächen, in der von Flugzeugen her bekannten Art, sind für Schleppziele, die entweder mit Nasen- oder Schwerpunktsangriff des Schleppseiles von einem Schleppfluggerät nachgezogen werden, ungeeignet.

Höhensteuerflächen der genannten Art allein bewirken z. B. bei einem positiven Steuerausschlag eine Abtriebsbewegung am Schleppziel, da das Schleppziel selbst keinen nennenswerten Auftrieb trotz entsprechender Anstellung durch die Steuerflächen liefert Tragflügel in Verbindung mit Höhensteuerflächen sind für derartige geschleppte Flugziele wegen der an diesen angreifenden Koppelmomente ungünstig.

Es sind Schleppziele für Luftfahrzeuge bekannt (GB-PS 7 37 318), die Auftrieb erzeugende Tragflügel und zur Quer- bzw. Seitensteuerung auch ver,Sellbare Höhensteuerflächen aufweisen. Die Höhensteuerung wird dabei durch Anstellwinkeländerungen des Schleppzieles bewirkt, d. k, daß die Höhensteuerflächen Steuerkräfte erzeugen, die im wesentlichen senkrecht zur Schleppziel-Längsachse gerichtet sind. Derartige Flugkörper, die nicht eigenstabil fliegen, müssen ständig um sämtliche Fluggeräteachsen, also auch um die Querachse gesteuert werden. Bei Rollbewegungen des Schleppzieles ist bei derartigen Schleppzielen die Höhensteuerung nicht allein mittels der Höhensteuerflächen möglich. Vielmehr kann eine Höhensteuerung in diesen Flugzuständen nur im Zusammenwirken mit den Seitensteuerflächen und gegenläufiger Verstellung von zu beiden Seiten der Schleppziellängsachse angeordneter Höhensteuerflächen bewirkt werden. Eine solche Höhensteuerung erfordert eine aufwendige Steuereinrichtung, die an eine Bedienungsperson erhebliche Anforderungen steife.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Höhensteuerung für Schleppziele zu schaffen, die in ihrem Aufbau äußerst einfach ist und an Bedienungspersonen nur geringe Anforderungen stellt bzw. bei automatischer Steuerung nur einfache Mittel erfordert

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß — zur Änderung des Luftwiderstandes des Schleppzieles in Richtung seiner Längsachse — mehrere gleiche, gleichmäßig auf den Umfang verteilt angeordnete, synchron verstellbare Widerstandskörper vorgesehen sind — Eine solche erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtung erlaubt die Höhensteuerung mit Hilfe einer Änderung der in Richtung der Schleppziellängsachse wirksamen Widerstandskräfte. Es ist damit auf einfache Weise möglich, Flugmissionen durchzuführen, bei denen das Schleppziel durch Höhenänderungen der Geländeformation in geringer Höhe folgen kann. Es kann sich dabei um in die Strömung ausfahrbare Vorsprünge in jeder Art und Ausbildung handeln, mit denen eine Änderung des Widerstandes des Schleppkörpers herbeigeführt werden kann. Die Erhöhung des Widerstandes hat eine Erhöhung des Zugvektors über das Schleppseil und damit ein Steigen des Schleppkörpers zur Folge.

Für die weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Widerstandskörper zur Erzielung von positiven und negativen Höhenänderungen eine Luftwiderstand erzeugende Neutralstellung einnehmen und von dieser aus in Stellungen höheren bzw. geringeren Luftwiderstandes verstellbar sind. Das Schleppziel ist in der Folge einer Variation der Widerstandsgröße sowohl in der Lage um eine vorgegebene Höhenlage (Neutrallage) im Sinne des Steigens (Widerstandserhöhung) als auch im Sinne des Sinkens (Widerstandsverminderung) eine Höhenänderung durchzuführen. Dadurch ist die Anpassung des Flugprofils des Schleppzieles an das Bodenprofil mit gleichbleibendem Höhenabstand möglich.

In der Zeichnung sind Ausfuhrungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt.

Fig, J zeigt in einer Obersicht schematisch den gesamten Schleppzug, bestehend aus Schleppfluggerät und Schleppziel in Verbindung mit der Darstellung der am Schleppziel wirkenden Kräfte;

Fig.la zeigt das Schleppziel gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

F i g, Ib zeigt ein Vektordiagramm der am Schleppziel wirkenden Kräfte;

Fig.2 zeigt in einem Ausschnitt schematisch die Ausbildung der Verstelleinrichtung für die Widerstands- ι ο korper am Schleppziel in Mittelstellung;

Fig.2a zeigt die Verstelleinrichtung in einer Widerstand erzeugenden Stellung gemäß F i g. 2, gesehen auf das Heck des Schleppzieles und

Fig.3 zeigt in einer Obersicht, schematisch dargestellt, das Schleppzielsystera in Verbindung mit einem GeländeprofiL

Die Fig. I und 3 zeigen das Schleppfluggerät 2, das mittels des Schleppseiles 3 das Schleppziel 4 nachzieht Das Schleppziel 4 wird vom Schleppfluggerät 2 durch eine Startvorrichtung 10 während des Anfluges ins Zielgebiet getragen und erst dort in seine vorgeschriebene Ausfahrstellung zum Schleppfluggerät 2 ausgefahren. Das Ausfahren erfolgt in bekannter Weise durch Freigabe des Schleppzieles 4 von der Startvorrichtung 10 und ein gebremstes Abspulen des Schleppseiles 3 von der Seiltrommel einer Schleppseilwinde, die sowohl am igß =

Schleppfluggerät 2 als auch am Schleppziel 4 angeordnet sein kann. Die Ausspulkraft wird durch den am Schleppziel 4 angreifenden Luftwiderstand erzeugt

Das Schleppziel 4 hat hier die Form eines stromlinienförmigen Körpers, an dessen Heck Stabilisierungsflossen 12 angeordnet sind. Ferner sind am Heck des Schleppzieies 4 auf den Umfang gleichmäßig verteilt Widerstandsklappen 14 schwenkbar angeordnet Diese Klappen 14 führen ihre Schwenkbewegung um Schwenkachsen 15 am Heck des Schleppzieles 4 aus, und zwar in der in den F i g. 2 und 2a gezeigten Weise. Es ist vorgesehen, daß die Widerstandsklappen 14 in ihrer Mittel<rtellung einen gewissen Widerstand erzeugen, so daß es auch aus dieser Mittelstellung heraus möglich ist, den Widerstand sowohl zu erhöhen, als auch zu vermindern, um damit ein Steigen bzw. Sinken des Schleppzieles 4 bewirken zu können.

Insbesondere die Fig.2 zeigt eine beispielsweise Ausführung einer Verstelleinrichtung:, die einen Teil des Stellantriebes 20 darstellt Der Stellantrieb 20 ist Teil einer Regelanlage für die selbsttätige Regelung der Flughöhe des Schleppzieles 4, die hier nicht näher beschrieben ist Grundsätzlich ist es aber auch möglich, das Schleppziel 4 durch Steuerbefehle an die Stellansteuerung 20 von einer Bedienungsperson im Schleppfluggerät 2 bzw. am Boden zum Beispiel durch Fernsteuerung bezüglich seiner Höhe ohne eine Regeleinrichtung zu steuern.

Der Stellantrieb 20 weist einen Stellmotor 23, eitie daran angeschlossene Steuerstange 24, eine dazu konzentrische Führungshülse 25 und über Gelenke 27 bzw. 28 an den Widerstandsklappen i4 angreifende cos ^i

Stellarme 26 auf. Mit η ist dabei der Winkel der Mittelstellung der Widerstandsklappen 14 bezeichnet, von der aus positive bzw. negative Ausschläge der Widerstandsklappen 14 (± η) erfolgen.

In den Fig. 1, la und Ib sind die am Schleppsystem angreifenden Kräfte schematisch dargestellt. 5 bedeutet dabei die an der Schleppkörpernase 29 angreifende Seilzugkraft, W die >m Schwerpunkt angreifende Widerstandskraft und mit G ist das Gewicht des Schleppziel 4 bezeichnet, Ferner sind noch die an der Schleppzjelnase 29 bzw, am Heck des Schleppziel 4 angreifenden Auftriebskräfte An bzw. Au sowie die Seilzugkraft Ä'bei ausgefahrenen Widerstandsklappen 14 angegeben. Mit Hist die Flughöhe des Schleppzieles 4 über der Erdoberfläche E und mit AH die Differenzhöhe bei einer Änderung des Widerstandes W am Schleppziel 4 bzw, einer Verminderung des Gewichts G desselben eingetragen. Schließlich stellt A W die Zusatzwiderstandskraft, hervorgerufen durch die Widerstandsklappen 14, dar.

Die Zusammenhänge für die Höhensteuerung des Schleppzieles 4 durch Ausfahren bzw. Einfahren der Widerstandsklappen 14 ist nachfolgend erläutert:

Zur Höhenänderung des Schleppzieles 4 wird der Widerstand an diesem durch die ausfahrbaren Widerstandsklappen 14 künstlich erhöht Hierdurch wird ein Anwachsen der Seilzugkraft S hervorgerufen. Durch die widerstandsbedingte Zunahme des Zugvektors S tritt ein Steigen des Schleppzieles 4 ein, und zwar so lange, bis der Zugvektor in seiner Richtig soweit gedreht wird, daß sich wieder Gleichgewicht bezüglich der Vertikalen einstellt

Wie aus F i g. 1 entnommen werden kann, ergibt sich die Beziehung

W + AW
G-A_N-A_L

wobei β den Winkel zwischen Seiltangente und Ebene senkrecht zur Anströmung bezeichnet In der Beiwertschi eibweise ergibt sich aus der vorangehenden Beziehung bei Vernachlässigung des ohnehin geringen Nasenauftriebes An:

worin F_q das Produkt aus Bezugsfläche und Staudruck ist Hieraus folgt gemäß F i g. 3 für die Höhendifferenz Ah zwischen dem Schleppfluggerät 2 und dem Schleppziel 4 näherungsweise:

Hf-H=L_cosß,

wobei L die Schleppseillänge und Hf die Flughöhe des Schleppfluggerätes darstellen.

Die vorgenannte Angabe gilt streng genommen nur für ein gewichtsloses und widerstandsfreies Schleppseil 3. Tatsächlich ist die Seilkrümmung im Bereich des Schleppzieles 4 etwas größer als in F i g. 3 dargestellt

Zur prinzipiellen Erläuterung der Verhältnisse für die Höhwiänderung ΔΗ sind die oben gemachten Annahmen jedoch zulässig.

Mit

folgt C_w+ A C_n-

Höhenänderungen ΔΗ ergeben sich nun durch Änderung der Seillänge L und des Zusatzwiderstandes (ACw)bzw. durch Ballastabwurf mit Verminderung des Gewichtes G. In der angegebenen Form wirkt sich sowohl eine Widerstandserhöhung als auch eine Gewichtsreduzierung insofern aus, als dadurch eine Reduktion der Höhendifferenz und somit ein Steigen des Schleppzieles 4 eintritt

Um mit einem Schleppzielsystem gemäß der vorliegenden Erfindung einen Konturen-Flug (Terrain-Following) und z. B. sinusförmige Höhenänderung simulieren zu können, ist es sinnvoll, die Widerstandsklappen 14 auf einen bestimmten Winkelbetrag η voreinzustellen und diese Widerstandsstellung als sogenannte Nullstellung zu definieren, wie bereits beschrieben. Änderungen des Klappenausschlages um diese Mittelstellung bewirken eine Widerstandserhö-Abweichung ε möglichst zu Null gemacht werden. Für ε erhält man:

1 +

Diese Beziehung zeigt die wesentlichen Einflußgrö-Ben auf die Abweichung ε.

Aufgrund der festgestellten Abweichung ε erfolgt ein entsprechender Widerstandsklappenausschlag τ/+ bzw. η — von der Mittelstellung η = 0 aus und es wird dadurch

ann- !■*-*·«· αΪ η a MfI .rl J₁ rr I n π .-I r .υΐΓ.ν.ίΐί.Ι.ι.^ ι in j-. Γ"\λ ·· 1«α«4λ·*

tet, daß der Ausdruck (Cw + ACw) folgendermaßen definiert werden kann:

C„ + Δ C₁, = C»

Hierbei soll OCw, (η) sowohl positive als auch negative Werte annehmen können.
Bei der Höhenhaltung für das Schleppziel 4 muß die Die tatsächliche Höhe H/,, wird z. B. dem Piloten des

in Schleppflugzeuges 2 zurückgemeldet.

Die vorstehend beschriebene Einrichtung ist äußerst einfach und unkompliziert Die Einrichtung läßt sich sowohl bei geschleppten Flugzielen als auch bei Unterwasserschleppzielen einsetzen. Es ist bewußt auf

2ϊ größeren Aufwand an Meßgeräten und Regelgliedern verzichtet.

Hierzu 2 BIa(I Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Höhensteuerung von durch ein Schleppfluggerät mittels Seil nachgezogenen und s ständig damit verbundenen Schleppzielen mit in die Strömung ausfahrbaren Widerstandskörper dadurch gekennzeichnet, daß — zur Änderung des Luftwiderstandes des Schleppzieles (4) in Richtung seiner Längsachse — mehrere gleiche, gleichmäßig auf den Umfang verteilt angeordnete, synchron verstellbare Widerstandskörper vorgesehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper zur Erzielung is von positiven (Steigen) und negativen (Sinken) Höhenänderungen (ΔΗ) eine Luftwiderstand (Δ W) erzeugende Neutralstellung (ij=O) einnehmen und von dieser in Stellungen höheren bzw. geringeren Luftwiderstandes (±4 ^verstellbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandskörper am Schleppkörperheck Widerstandsklappen (14) vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (14) durch eine, aus einem Stellantrieb (20) und einer Fernbedienungseinrichtung bestehende, willkürlich arbeitende Vorrichtung steuerbar sind.

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