DE2633686A1

DE2633686A1 - Lagesteuersystem fuer sich in einem fluid bewegende, zylindrische koerper und dessen anwendung

Info

Publication number: DE2633686A1
Application number: DE19762633686
Authority: DE
Inventors: Pierre Metz
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1975-07-29
Filing date: 1976-07-27
Publication date: 1977-02-17
Also published as: PT65409B; IL50018A0; SE7608491L; IN147273B; US4076187A; CH612522A5; IL50018A; CA1041978A; SE427582B; FR2321723B1; BE844597A; IT1066900B; AU1627876A; JPS5216800A; PT65409A; ES450215A1; NL7608359A; AU503947B2; GB1547882A; BR7604714A

Description

PATENTANWÄLTE

BSINZ-JOACHIM hUBER
REINER PRlETSCH
MÜNCHEN 21

GOTTHARDSTR.81 27. 7. 1976

8992-IV/vm

Thomson-Brandt, 173, Bl. Haussmann, 75OO8 Paris (Prankreich)

"Lagesteuersystem für' sich in einem Fluid bewegende, zylindrische Körper und dessen Anwendung"

Priorität vom 29. Juli 1975 aus der französischen Patentanmeldung 75 23642

Die Erfindung betrifft ein Lagesteuersystem für sicnⁿeinem Fluid bewegende, zylindrische Körper zur Steuerung des Rollverhaltens des Körpers sowie die Anwendung eines solchen Lagesteuersystems auf Geräte, insbesondere Fluggeräte.

Der Begriff "Gerät" wird im folgenden in seinem weitesten Sinn verwendet; hierunter sollen Körper verstanden werden, die sich in einem flüssigen oder gasförmigen Medium fortbewegen, wobei insbesondere auch an Geschosse, Raketen und sonstige angetriebene oder antriebslose Flugkörper gedacht ^; ist, deren Bahn gesteuert oder nicht gesteuert sein kann.

Wenn ein Gerät sich in einem Fluid, sei es flüssig oder gasförmig, bewegt, hat es eine natürliche Neigung, sich um seine Längsachse, die auch als Rollachse bezeichnet wird, zu drehen, welche Achse etwa mit dem Geschwindigkeitsvektor auf der Bahnkurve zusammenfällt. Diese Drehbewegung wird bei der Verschiebung des Gerätes längs seiner Bahnkurve erzeugt oder eingeleitet durch hydrodynamische oder aerodynamische Störmomente

^! und/oder Schubstörmomente. Diese Störmomente sind auf kon~

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ORlGtNAL INSPECTED

struktive Ungenauigkeiten zurückzuführen. Die Richtung und die Größe dieser Drehbewegung oder natürlichen Rollbewegung sind bestimmt durch die Richtung und die Größe der Resultierenden dieser Störmomente.

Bei bestimmten Anwendungsfällen beim Abschießen oder Abfeuern von Geräten soll das Rollverhalten oder die Rollage des Gerätes kontrolliert und gesteuert oder in eine gegebene Richtung nachgeführt werden, beispielsweise wenn das Gerät mit einer Selbstlenkvorrichtung, ausgestattet ist oder eine militärische Ladung mit Richtwirkung befördert. In anderen Anwendungsfällen ist es im Gegenteil wünschenswert, daß der Gerätekörper eine Drehbewegung ausführt, deren Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit in einem mehr oder weniger schmalen Bereich gesteuert oder konstant gehalten werden muß, damit beispielsweise ein an dem Gerät befindlicher Detektor mit einer konstanten Abtastfrequenz arbeitet.

Die Techniken zur Lagekontrolle entsprechender Geräte sind weithin bekannt, insbesondere diejenigen, die mit aerodynamischen Steuerflächen arbeiten, welche von Plugzeugsteuerflächen oder -Steuerrudern abgeleitet sind; insbesondere können hier die an den Tragflächen angeordneten Querruder und die vorne am Rumpf angeordneten Steuerflächen genannt werden. Eine erheblich andersartige Technik nutzt die beim Ausstoß von Gasen auftretenden Reaktionskräfte aus. Diese verschiedenen Techniken machen jedoch beim Einsatz von Geräten Schwierigkeiten bzw. lassen sich nur schlecht verwirklichen, vor allem bei Anwendungsfällen, die besondere Lagerungs-Handhabungs- und Abschußbedingungen mit sich bringen, im letzteren Fall insbesondere dann, wenn der Abschuß über ein zylindrisches Rohr oder mittels einer Kanone erfolgt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lagesteuerj system der eingangs genannten Gattung zu schaffen, daß die '. aerodynamischen oder hydrodynamischen Reaktionskräfte eines

sich drehenden Leitwerks ausnutzt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angej . geben. ^!

'

j Anwendbar ist dieses Lagesteuersystem auf jeden sich in einem ι Fluid fortbewegenden, zylindrischen Körper bzw. ein entsprechendes Gerät. Die Lösung nach der Erfindung zeichnet sich

vor allem dadurch aus, daß zur Steuerung und Kontrolle/der i

Rollage oder des Rollverhaltens nur eine einzige Steuereinheit notwendig ist. Außerdem ergibt die axiale Anordnung der einzelnen Elemente eine besonders robuste Konstruktion, die den Abschuß eines entsprechenden Gerätes mittels einer Kanone erlaubt.

In der Zeichnung ist ein Lagesteuersystem nach der Erfindung anhand beispielsweise gewählter, stark vereinfachter Ausführungsformen und deren Anwendungen auf verschiedene Geräte dargestellt . Es zeigt:

Pig» 1 das Prinzip des Lagesteuersystems,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein mittels des Lagesteuersystems in der Rollachse stabilisiertes Gerät,

Fig. 3 eine weitere Ausfuhrungsform auf ein mit einem eigenen Antrieb versehenes Gerät und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform im Fall einer Anwendung des Systems .auf ein mit einer abwerfbaren Antriebsvorrichtung ausgestattetes Gerät.

Figo 1 zeigt in schematisch vereinfachter Form die Elemente des Lagesteuersystems. Der Körper 1 des GSrätes, dessen Rollage oder· Rollverhalten gesteuert werden soll, besitzt ein vom die Achse X frei drehbares Leitwerk 2 ο Die Verbindung zwischen

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dem Körper 1 und dem Leitwerk 2 erfolgt über einen Kupplungsoder Drehmomentmotor 3, der einen Rotor R und einen Stator S umfaßt. Im Inneren des Körpers äind die an sich bekannten Steuerelemente untergebracht; es handelt sich um den Lagedetektor 4. die Verstärkereinheit 5 und die elektrische Stromversorgung 6.

Die Flügel 7 des sich drehenden Leitwerks 2 sind bestimmt durch ihren Anstellwinkel O^ , also den Winkel, den. die Ebene der Flügel mit der Achse X einschließt, den Neigungswinkel w , also den Winkel, den die Flügelkanten mit der Senkrechten und der Achse X einschließen, sowie durch ihre Länge und ihre Breite. Der Anstellwinkel ö( der Flügel besitzt einen festen, zwischen 0° und 5° liegenden Wert.

Das System arbeitet folgendermaßen: Das Gerät verschiebt sich in einem Fluid längs der Richtung X: sobald der Lagedetektor beispielsweise ein Kreiselgerät, eine Rollbewegung des Körpers des Gerätes feststellt, liefert örrein der gemessenen Ablage proportionales elektrisches Signal. Dieses Ablagesignal wird in dem Verstärker 5 verstärkt und an den Rotor des Drehmomentübertragers 3 angelegt. Die Größe des erzeugten, rücktreibenden Momentes hängt von dem aerodynamischen Wirkungsgrad der Flügel, der Relativgeschwindigkeit der geradlinigen-^Bewegung des Gerätes und der Amplitude der Lageabweichung abτ Wenn die Flügel auf einem Drehzapfen angeordnet sind, sind sie entfaltbar. Das sich drehende Leitwerk und die zugehörigen Teile bilden je nach gewünschter Anwendung eine Lage- oder eine Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuerung, wobei im Falle der Geschwindigkeitssteuerung der Lagedetektor ein Gyrometer ist. Der Drehmomentübertrager ist insbesondere ein Drehmomentmotor, eine elektromagnetische Kupplung oder ein Wechselstromgenerator. Die Stabilität der Steuerung ist festgelegt durch die übertragungsfunktion Sen sich drehenden Leitwerk zugeordneten Teile; die Erzielung der notwendigen Eigenschaften dieser Teile

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und insbesondere der in dem System enthaltenen elektrische Korrekturschaltungen ist dem Fachmann auf dem Gebiet der Servotechnik bekannt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein in der Rollachse durch das beschriebene Lagesteuersystem gesteuertes Gerät. Das sich drehende Leitwerk und sein Drehmomentübertrager sind in den Boden des Gerätes integriert. Die voneinander unabhängige Drehung des Körpers des Gerätes oder Geschosses und des Leitwerkes wird verbessert durch die Verwendung von nicht dargestellten Kugellagern. Die Flügel ¹J, deren Zahl in der Praxis zwischen 4 und 8 liegt, sind vorzugweise entfaltbar. Der Drehmomentübertrager 3 ist ein elektrischer Drehmomentmotor, dessen magnetischer Induktionskreis S aus einem an der Innenwand des Körpers des Gerätes oder Geschosses befestigten Permanentmagnet besteht xvährend der Rotor Rj der mit dem sich drehenden Leitwerk verbunden ist, von dem Steuerstrom für das Moment über einen Bürstenkollektor durchflossen ist. Die der Steuerung zugeordneten Teile wie der Lagedetektor, der Verstärker und der Generator für die elektrische Energie sind im Inneren des Körpers des Geschosses angebracht. Die Hilfsvorgänge, die dazu dienen₃ das Gerät auf seinen Weg zu bringen, wie etwa die Entfernung der Schutzhülle, die Entsperrung und Ausrichtung des Gyroskops und dergl. sind von der üblichen, während der Abschußphase solcher Gaäte oder Geschosse angewendeten oder benutzten Art.

Fig. 3 zeigt einen anderen Anwendungsfall. Die Schnittdarstellung läßt die Verwendung des Lagesteuersystems in Verbindung mit einem Antrieb 10, hier einem Strahlantrieb, ausgestatteten Gerät erkennen. Die Flügel des sich drehenden Leitwerks liegen in Höhe des Strahlaustrittsrohres 11. Die Flügel können entfaltbar ausgeführt sein.

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Fig. 4 zeigt eine v/eitere Anwendung für ein mit einer abwerfbaren Antriebsstufe 20 versehenes Gerät. Die mit dem sich drehenden Leitwerk der eigentlichen Geräte- oder Geschoßstufe festverbundene Antriebsstufe umfaßt Kammern 12 zur Aufnahme der entfaltbaren Flügel und einen Satz zusätzlicher Flügel 13 in Höhe des Strahlaustrittsrohres 11.

Beim Abschuß des Geschosses entfalten sich die im Bereich des Strahlaustrittsrohres untergebrachten Flügel und die Flügel der Geschoßstufe werden durch die Antriebsstufe noch zusammengehalten. Nach dem Brennschluß wird die Antriebsstufe automatisch abgeworfen und gibt damit die Flügel der Geschoßstufe frei.

Insgesamt wird deutIiCh₃ daß das Lagesteuersystem für die verschiedensten Arten von Geschossen oder Flugkörpern^ von denen Beispiele in den Fig. 2₃ 3 und 4 beschrieben wurden, verwendbar ist.

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Claims

PATENTANWÄLTE

HrINZ-JOACHM HUBER *i.

REINLR PRIBTSCH
MÜNCHEN 21
GOTTHARDSTR. 81

Thomson-Brandt 27. 7· 1976

8992-IV/vm

Patentansprüche:

Lagesteuersystem für sich in einem Fluid bewegende, zylindrische Körper zur Steuerung des Rollverhaltens des Körpers, gekennzeichnet durch ein zu dem Körper (1) konzentrisches, frei um dessen Längsachse (X) drehbares Flügelleitwerk (2), einen den Körper (1) mit dem Leitwerk verbindenden, auf letzteres wirkenden Drehmomentübertrager (3) und einen Lagedetektor (4) der einen Steuerverstär'.ker (5) für den Drehmomentübertrager (3) speist.

System nach Anspruch 1, mit auf dem zylindrischen Teil des Leitwerks festgelegten Flügeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (7) einen von Null verschiedenen, insbesondere zwischen 0° und 5° liegenden Anstellwinkel in Bezug auf die Längsachse (X) haben.

System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentübertrager ein elektrischer Drehmomentmotor ist.

System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den zylindrischen Teil des Leitwerks .(2) versenkt eingebauten Flügel (7) sich während des Abschießens des Körpers (1) entfalten.

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5. Gerät mit einem System nach Anspruch 1.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sich drehende Leitwerk (2) einen dem GSrät·· seine Geschwindigkeit erteilenden oder sie aufrechterhaltenden Strahlantrieb (10) aufnimmt.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlantrieb abwerfbar ist und in Höhe des Strahlaustrittsrohres (11) einen Satz entfaltbarer Flügel (13) aufweist und daß die in Höhe des eigentlichen Gerätebodens angeordneten Flügel (7) sich durch Abwurf des Strahlantriebes entfalten, derart, daß die Lagekontrolle in beiden Flugphasen, nämlich in der eigenangetriebenen und der antriebslosen Flugphase, sichergestellt ist.

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