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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Ausrüstungen von
Flugkörpern, insbesondere auf die Antriebe der Steuerflachen von Flugkörpern.
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Die meisten der gegenwärtig verwendeten elekromechanischen Antriebe
der Steuerflachen von Flugkörpern, zum Beispiel, der Trimmklappen, Querruderflaps,
Flügelklappen und ähnlicher aerodynamischer Flächen sind konstruktiv analog gestaltet
und enthalten in der Regel einen über ein Getriebe und eine ausfahrbare Stange mit
dem Kragstück der gesteuerten Fläche verbundenen Elektromotor. Die Fernbet@tigung
derartiger Antriebe erfolgt aus der Pilotenkabine durch Umpolung des dem Umsteuermotor
zugeführten Versorgungsstroms. Beim Schließen des Kontaktes im Stromversorgungskreis
kommt der Elektromotor in Gang. Dabei muß der Pilot die Zeitdauer des an den Elektromotor
zum Verschwenken der Steuerflächen u@ den erforderlichen Winkel gegebenen Stromimpulses
überwachen.
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Die Flugzeugsteuerung wird dadurch, naturgemäß erschwert.
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Bei einer solchen-Steuerung ist die Möglichkeit einer spontanen Bewegung
der elektrischen Vorrichtungen in die Endstellung bei;n Festklemmen des Steuerknopfs
bzw.
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Kurz@chluß im Stromversorgungskreis des Elektromotors nicht ausgeschlossen.
Unkontrolliertes Verstellen der Steuerflächen in die. Endstellung in Kembination
mit den Jberraschungsfaktor ist äußerst gefährlich und kann eine Notlage nicht nur
bei Start und Landung sondern auch im Horizontalflug herbeiführen.
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Wiederholt wurden Versuche zur Entwicklung von .ntrieben mit Verriegelungen
vorgenommen, die bei Störungen im Stromversorgungsnetz ein spontanes Verschwenken
der Steuerflächen unmöglich nachen würden.
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Bekannt ist insbesondere ein Antrieb der Aggregate von Flugkörpern,
der als Folgesystem ausgebildet ist, in dem eine Kompensation des Drehmomentes des
Elektromotorläufers beim Ausfall eines seiner Steuerkreise vorgesehen is (FR-PS
2 070 549).
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Jedoch werden die Folgesysteme zuri Antrieb von behelLs-@äßigen Steuerflächen
in den Flugkörpern praktisch nicht benutzt, da deren Servomotoren nur im Bereich
der Läuferdrehwinkel von 0 bis 360° wirken, so daß sie in Kombination mit Getrieben
nicht zum Einsatz gelangen können. Zugleich ist die Steigerung ihrer Leistung zur
Erzeugung einer zum Verschwenken der Steuerfläche ausreichenden Kraft mit einer
übermäßigen Dimensionierung verbunden und daher unrationell. In der angegebenen
Konstruktion
sind bedeutende Abmessungen und hohe Leistungsaufnahme
des Servomotors auch dadurch bedingt, daß das Drehmoment des Läufers beim Ausfall
eines der Steuerstromkreise kompensiert werden muß.
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Im Vergleich mit bekannten elektrischen Steuerschemen von Trimmklappen,
Flügelklappen, wendeleitflossen und ähnlichen aerodynamischen Flächen gewährleistet
der elektromechanische Impulsantrieb nach dem UdSSR-Urheberschein Nr. 158804 die
größte Flugsicherheit.
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Der angegebene Antrieb der Steuerflächen von Flugkörpern enthält
einen Gleichstromumsteuermotor und ein mit seiner Welle verbundenes Getriebe, in
dem die Drehbewegung der Welle in fortschreitende bzw. drehende Bewegung des Abtriebsglieds
umgewandelt wird, das mit dem Kragstück der Steuerfläche verbunden ist, sowie eine
Stufenregelvorrichtung zura Verstellen des Abtriebsglieds des Getriebes, beispielsweise
der Betätigungsstange. Die Stufenregelvorrichtung b@sitzt einen im Stromversorgungskreis
des Elektromotors angeordneten Unterbrecher, der periodisch mit einem abgefederten
Nocken zusammenwirkt, welcher über eine elektromagnetische Kupplung mit dem Getriebe
kinematisch verbunden ist. Der Unterbrecher ist in Form eines Endschalters ausgeführt,
der im Stromversorgungskreis der Läuferwicklung lieot und seitlich von der Neutralstellung
des Nockens angeordnet ist.
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Die Verwendung einer solchen elektromochanischen Impulsvorrichtung
als Antrieb der Trimmklappe gestattet es, den ganzen Auslenkungsbereich in eine
Reihe von Abschnitten (Stufen) einzuteilen. Sobald die Trimmklappe jede nächstfolgende
Stufe erreicht, unterbricht der Nocken den Stromkreis der Motorläuferwicklung, und
die Verschwenkung der Steuerfläche höhrt auf. Die elektromagnetische Kupplung hält
den Nocken in dieser Stellung so lange, bis der Pilot den gesamten Stromkreis des
Antriebes stromlos macht, indem er den Kippschalter in die Neutrah@stellung zurückbringt.
Zum weiteren Verschwenken der Trimmklappe ist der Stromkreis des Antriebes von neuem
zu schließen. Infolge einer derartigen Ausführung des Antriebes kann bei störung
der isolation der Leitungen, Schließen der elektrischen Steuer- und Beleuchtungsstromkreise,
Bruch bzw. Verkeilen der Steuerelemente usw. die Trimmklappe nur um eine Stufe (+1,5
bis 20) verschwenkt werden, die eine solche Größe hat, daß die kraft an den bteuerhebeln
unbeueutend ansteigt und durch den Piloten leicht kompensiert werQen karin. ble
elektrische Vorrichtung des Antriebes wird dabei automatisch ausgeschaltet.
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Trotz dieser Vorteile hat der elektrische Impulsantrieb bedeutende
Abmessungen und eine große Masse. Sein kon-Struktiver Aufbau ist sehr kompliziert.
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So ist beispielsweise zum Antrieb des Unterbrechernockens ein Umwandler
zur Umformung des unkehrbaren smlaufs
des Motors in einseitige
(beim Arbeitslauf) Drehbewegung des Nockens unbedingt erforderlich. Der Umsteuerwandler
zur Bewegungsumformung enthält dre@ Kegelzahnräder und zwei Uberholkupplungen, die,
indem sie eine Nebenfunktion erfüllen, die Betriebssicherheit des Antriebs im ganzen
vermindern.
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Zum Ausschalten des Llektromotors in den Endstellungen ist im Antriebsschena
ein Satz von auf einer Welle sitzenden Kuivenscheiben vorgesehen, die mit den hndschalbern
in Stromversorgungskreis des Elektromotors zusammenwirken.
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Diese einheit ist recht platzraubend und erfordert bei der Montage
eine genaue Synchronisierung mit dem Nockenunterbrecher der Stufenregelvorrichtung.
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Bekanntlich sind die Antriebe der Trimmklappen an den Flugkörpern
in den Konstruktionen von verhältnismäßig dünner Hauptsteuerflächen angeordnet,
daher ist es wünschenswert, daß deren nbmessungen und Masse möglichts geringer sind.
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Die Ausfallwahrscheinlichkeit der elektrischen und mechanischen Einrichtungen
ist in der hegel der Anzahl von zugehörigen Einzelteilen und deren Verbindungen
direkt proportional, weshalb aus einer beliebigen Steigerung der Kompliziertheit
der konstruktiven Gestaltung in den meisten Fällen die Verminderung der Betriebssicherheit
resultiert.
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Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der Steuerflächen
von Flugkörpern zu schaffen, bei dem die Stufenregelung beim Umsteuern des Elektromotors
ohne
Umwandlung der rückläufigen Drehbewegung der unkehrbaren Bewegung der Elektromotorwelle
in die einseitig gerichtete Drehbewegung des Unterbrechernockens vorgenommen werden
kann.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Antrieb der Steuerflächen
von Flugkörpern. der einen Umsteuermotor und ein mit seiner Etelle verbundenes Getriebe,
das die vrehbewegung der Welle in fortschreitende bzw. drehende Bewegung eines mit
dem Tragstück der Steuerfläche verbundenen Abtriebsglieds umwandelt, sowie eine
Stufenregelvorrichtung zum Verstellen des Abtriebsglieds Getriebes enthält, die
einen im Stromversorgungskreis des Elektromotors liegenden Unterbrecher besitzt,
welcher mit einem abgefederten Nocken zusammenwirkt, der mit dem Getriebe über eine
elektromagnetische Kupplung kinematisch verbunden ist, der Unterbrecher erfindungsgemäß
in Form von zwei Endschaltern in den Stromversorgungskreisen der Erregerwicklungen
des Elektromotors ausgeführt ist, die beiderseits der Neutralstellung des Nockens
angeordnet sind.
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Der Vorteil des vorgeschlagenen Antriebes liegt darin, daß er die
Möglichkeit der Stufensteuerung der Steuerfläche gewährleist@t, zugleich aber konstruktiv
einfach gestaltet ist sie geringe Äbmessungen und Masse besitzt.
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Die Vereinfachung der kinematischen Verbindung zviischen dem hlektromotor
und dem Unterbrechernocken vermindert außerdem die Ausfallwahrscheinlichkeit der
Vorrichtung, die in
mechanischen und elektrischen Einrichtungen
in der Regel der Anzahl von zugehörigen Linzelteilen und deren Verbindungen direkt
proportional ist.
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Naturgemäß kann der Antrieb dank den geringen obmessungen, in der
Konstruktion einer beliebigen Hauptsteuerfläche leicht angebracht werden.
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Es ist zweckmäßig, daß der Nocken in Form eines auf einer Achse angebrachten
hebels ausgebildet ist, dessen Arm mit den Endschaltern zusammenwirkt, die derart
angeord net sind, daß hire Druckelemente in der Drehungsebene des Hebels und zu
diesem senkrecht zu liegen. Dadurch wird die Möglichkeit des Festklemmens der Druckelemente
aer und schalter praktisch ausgeschlossen.
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Zweckdienlich ist es auch, daß am Abtriebsglied des Getriebes Anschläge
angebracht sind, die die Endstellungen der Steuerflächen bestimen und mit dem Hebel
am Sunde des Hubs der Stange zum Abschalten des Elektromotors betätigen.
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Dies gestattet, die Funktionen der Stufenregelvorrichtung und des
Begrenzer der Endstellungen der Steuerfläche in einer Linheit zu vereinigen. Derartige
Vereinigung ist dann möglich, wenn der Nocken als Hebel ausgebildet ist.
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Ferner ist es zweckmäßig, daß die Endschalter so angeordnet sina,
daß der Abstand zwischen ihnen eingestellt werden kann. Solch eine Anordnung der
Endschalter gewährleistet die Möglichkeit zur Regelung der Größe des Schritts (der
Stufe) des Verschwenken der Steuerfläche.
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Die Größe der Bewegungsstufe der Steuerflache läßt sich ebenfalls
regeln, wenn der Nocken aus z-ei Teilen besteht, die auf einer Achse sitzen und
in der Drehungsebene gegenseitig zueinander beweglich sind.
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Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung von AusfUhrungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die teigefügten Zeichnungen näher erläutert; es zeigen: Fig.
1 das Funktionsschema eines erfindungsgemäßen Antriebs der Steuerflächen eines Flugkörpers;
Fig. 2 einen spreizbaren Nocken fUr den Unterbrecher einer Vor richtung zur Stufenregelung
des Antriebes der Steuerflächen eines Flugkörpers; Der in Fig. 1 gezeigte Antrieb
der Steuerflächen eines Flügkörpers enthalt einen Reihenschlußmotor 1, dessen eine
Läuferwicklung 2 und zwei Erregerwicklungen 3 und 4 im Stromversorgungskreis liegen.
Die Erregerwicklungen 3 und 4 sind mit dem Stromversorgungskreis über einen einpoligen
Dreistellungsschalter 5 verbunden, der es gestattet, wahlweise eine von ihnen anzuschließen
und den Elektromotor 1 auf diese Weise umzusteuern. Der erwähnte einpolige Schalter
5 hat drei Stellungen; Mittelstellung "a" und zwei äußere Stellungen "b" und "c".
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Der Antrieb besitzt eine elektromagnetische Bremse 6, deren Wicklung
7 über den einpoligen Schalter 5 parallel zum Elektromotor 1 an den Stromversorgungsreis
angeschlos en ist.
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Der Kern s der Bremse 6 ist durch eine Spiralfeder 9 abgefedert und
derart angeordnet, daß er mit aer Welle 10 des
Elektromotors 1
zusammenwirkt und sie mit dem Gehäuse 11 des Antriebs bei der fortschreitenden Bewegung
starr verbindet.
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Die Welle 10 des Llektromotors 1 ist über ein Zahnrad 1 mit der Eingangswelle
13 eines Getriebes 14 verbunden.
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Das Getriebe 14 besitzt ein Schraubenpaar 15 für. Umwandlung der Drehbewegung
des Zahnrades lb in die fortschreitende Bewegung eines Abtriebssglieds 17, im gegebenen
Fall einer Betätigungsstange 18. Die Betätigungsstange 18 des Getriebes 14 ist mit
den Kragstück 19 einer Steuerfläche 20 des Flugkörpers gelenkig verbunden.
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Der Elektromotor 1 ist mit Hilfe der Zahnräder 12, 16 und 21 mit
einer Vorrichtung 22 zur Stufenregelung des Verstellens des Abriebsglieds 17 kinematisch
verbunden.
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Diese Stufenregelvorrichtung 22 enthält einen im Stromversorgungskreis
des Elektromotors 1 liegenden Unterbrecher sowie einen mit diesem periodlsch zusammenwirkenden
Nocken 23, dessen Welle 24 über eine elektromagnetische Kupplung 25 mit der Welle
26 des Zahnrades 21 verbunden ist.
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Der Unterbrecher ist in Form von zwei Öffnungsendschaltern 27 und
28 in den Stromversorgungskreisen der Läuferwicklungen 3 und 4 des Elektromotors
1 ausgefZhrt.
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Der Endschalter 27 ist also im Stromkreis zwischen dem einpoligen
Schalter 5 und der Erregerwicklung 4 in Reihe geschaltet, während der Endschalter
28 entsprechend Im Stromkreis zwischen dem einpollgen Schalter 5 und aer Brregerwicklung
3 liegt. Die Endschalter
27 und 28 sind beiderseits der Neutralstellung
des Nockens 23 angeordnet. Der Nocken 23 besitzt ein Mittel zur Einstellung in die
Neutralstellung bezüglich der Endschalter 27 und 28. Insbesondere ist er in der
Seutral-Stellung aurch Federn 29 und 30 arretiert. -Der angegebene Nocken 23 ist
in Form eines auf der Weile 24 angebrach-ten Hebels 31 ausgebildet. Beiderseits
eines der Hebelarme des Hebels 31 sind die Endschalter 27 und 28 derart angeordnet,
daß ihre Druckelemente 32 und 33 zum Hebel 31 senkrecht stehen und in der Ebene
seiner Drehung auf der Welle 24 orientiert sind. Sie Endschalter 27 und 28 sind
so angeordnet, daß der Abstand zwischen ihnen z.B. mittels Schrauben 34 und 35 zur
änderung der Größe des Schritts der Stufenregelung geändert werden kann.
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Am Abtriebsglied 17 des GetrieDes 14 sind Anschläge 36 und 37 angebracht,
die die außeren Stellungen der Steuerfläche 20 des Flugkörpers bestimmen und mit
dem Hebel 31 am Ende des Huos zwecks Abschaltung des Elektromotors 1 in Kontakt
kommen.
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Die elektromagnetische Kupplung 25 besitzt zwei wicklungen 38 und
39, die mit dem einpoligen Schalter 5 verbunden sind. Die Wicklung 38 ist an den
Stromversorgungskreis der Erregerwicklung 4 vor dem Endschalter 27 des Unterbrechers
parallel angeschlossen. Die Wicklung 39 ist an den Stromversorgungskreis der zweiten
Erregerwicklung 3 des Eloktromotors 1 auf ähnliche Weise angeschlossen.
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Eine der Wicklungen 38 bzw. 39 steht immer unter Spannung, wenn der
angegebene Schalter 5 sich in einer seiner Stellungen "b" bzw. "c" befindet.
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Bei einer Modifizierung der Vorrichtung ist der Nocken 23 aus zwei
auf der gleichen Achse 24 sitzenden und relativ zueinander in der Drehungsebene
gegenseitig beweglichen Teilen 40 und 41 ausgebildet, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht.
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Bei einer solchen Ausführung des Nockens 23 wird die Möglichkeit zur
Änderung der Größe des Schritts der Stufenregelung ohne Lageänderung der Endschalter
27 und 28 aufrechterhalten.
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Der Antrieb der Steuerflächen eines Flugkörpers funktioniert gemäß
der Erfindung folgendermaßen.
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Beim Umlegen des einpoligen Schalters 5 aus der Neutralstellung a
in die Stellung b ("Ausfahren") wird die Stromspeisung über den Öffnungsendschalter
27 an die Erregerwicklung 4 und die Läuferwicklung 2 des Elektromotors
1
gegeben. Gleichzeitig gelangt über den gleichen Kreis die Spannung an die Wicklung
7 der elektromagnetischen Bremse 6 und die Wicklung 38 der elektromagnetischen Kupplung
25. Der Kern 8 der elektromagnetischen Bremse 6 führt eine fortschleitende Bewegung
aus und trennt, indem er den Widerstand der Feder 9 überwindet, die Welle 10 des
Elektromotors 1 vcm Antriebsgehäuse 11 ab. Dabei verbindet die elektromagnetische
Kupplung 25 die Welle 26 des %hnrads 21 mit der Welle 24 des Nockens 23. Der Elektromotor
1 versetzt das Zahnrad 12 und die mit diesem verbundene Eingangswelle 13 des Getriebes
14 in Drehbewegung. Das Schraubenpaar 15 des Getriebes 14 setzt die Drehbewegung
der Antriebswelle 13-in eine Verstellbewegung des Abtriebsglieds 17 um, im gegebenen
Fall in die fortschreitende Bewegung der Betätigungsstange 18. Die Betätigungsstange
18 des Getricbes 14 wirkt bei ihrer Bewegung auf das Kragstück 19 der Steuerflache
20 des Flugkörpors ein und verschwenkt diese bezüglich der Ausgangsstellung.
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Zugleich wird die Drehbewegung über das Zahnrad 21 und die elektromagnetische
Kupplung 25 an den Nocken 23 weitergeleitet, der sich aus der Neutralstellung in
kichtung des Endschalters 27 dreht. Sobald der Nocken 23 mit dem Druckelement 32
des Endschalters 27 in Berührung kommt, verschicbt er den letzteren und unterbricht
auf diese Weise den Stromversoigungskreis des Elektromotors 1. Die Schwenkung der
Steuerfläche 20 hört auf. Dabei wird die zuführung
der Stromspeisung
an die Wicklung 7 der elektromagnetischen bremse 6 unterbrochen. Der ern 8 der elektromagnetischen
Bremse 6 wird unter Einwirkung der Feuer 9 verstellt, wirkt mit der Welle 10 ues
ELektromotors 1 zusammen und verbindet sie starr mit dem Antriebsgehäuse 11.
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Dadurch wid die mit der Welle 10 des Elektromotors 1 kinematisch verbundene
Steuerfläche 20 auch in der um eine Stufe veischwenkten Stellung arretiert. Beim
Abschalten des llektromotors 1 bleibt die Wicklung 38 unter Spannung, und die elektromagnetische
Kupplung hält den Nocken 23 in der verdrehten Stellung so lange, bis der Bedienungsmann
den Schalter 5 in die Neutralstellung "a" bringt.
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Zum Verschwenken der Steuerfläche 20 um die nächstfolgende Stufe
ist der Schalter 5 anfänglich in die Stellung "a" und darauf wieder in die Stellung
"b" zu bringen.
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Beim UmlcQen des Schalters 5 in die Stellung "a" wird der Stromversorgungskreis
der Wicklung 38 der elektromagnetischen Kupplung 25 unterbrochen. Die elektromagnetische
Kupplung 25 trennt die Welle 26 des Zahnrads 21 von der Welle 24 ab und unterbricht
auf diese weise die Vebindung zwischen dem Nocken 23 und der abgebremsten Welle
iO des Elektromotors 1. Die Federn 29 und 30 bringen den Nocken 23 in dic Neutralstellung
zurück, und der Endschaltcr 27 kommt wieder in den Ausgangszustand, bei den er normal
geschlossen ist. Bei der wiederholten Einstellung des Schalters 5 in die Stellung
"b" für das weitere Verschwenken
der Steuerfläche 20 wird der Antrieb
wieder für eine Stufe wirksam, nie es vorstehend geschildert wurde.
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Erreicht die Steuerfläche 20 bei dem weiteren stufenweisen Verschwenken
ihre extreme Endstellung, dann wirkt der Anschlag 37 mit dem Hebel 31 zusammen und
dreht diesen in Richtung des Lndschalters 27. Unter Einwii-kung des Nockens 23 unterbricht
der Öffnungsendschalter 27 den Stromversorgungskreis der Erregerwicklung 4 des Blektromotors
1. Die Feder 9 verschiebt den Kern 8 der elektromagnetischen Bremse 6, die die Welle
10 und die mit dieser kinematisch verbundene Steuerfläche 20 in dieser Stellung
arretiert.
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Das Verschwenken der Steuerfläche 20 in entgegengesetzter Richtung
erfolgt beim Einstellen des Schalters 5 in die Stellung "c"j. Dabei gelangt die
Stromspeisung über den Öffnungsendschalter 28 an die Erregerwicklung 3 des Elektromotors
1. Weiterhin funktioniert der Antrieb wie vorstehend beschrieben.
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Die Größe der Stufe, d.h. die Größe des Schwenkwinkels der Steuerfläche
20 beim einmaligen Einschalten des Schalters 5 in die Stellung "a" bzw. "c" sowie
die Anzahl der Stufen zwischen den Endstellungen lassen sich regeln, indem der Abstand
zwischen den Endschaltern 27 und 28 mit Hilfe der Schrauben 34 und 3> geändert
wird. Beim Annähern der Endschalter 27 und 28 aneinander vermindert sich der zur
Betätigung des Endschalters 27 und 28 erforderliche Drehwinkel des Nockens 23. Es
vermindert sich folglich auch der einer Stufe entsprechende Hub der Betätigungsstange
18 des
Getriebes 14, und die Anzahl der Stufen zwischen den nndstellungen
der Steuerfläche 20 nimmt zu.
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Die Größe der Stufe läßt sich ähnlicherweise regeln, indem die beiden
Teile 40 und 41 des Nockens 23 relativ zueinander verdreht erden, wie die strichpunktierten
Linien in Sig. 2 zeigen.
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Der Vorteil-des erfindungsgemäßen, Antriebes der Steuerflächen eines
Flugkörpers im Vergleich mit bekannten Antrieben mit Stufenregelung liegt darin,
daß er konstruktiv einfacher gestaltet ist, eine geringere Masse, kleinere Abmessungen
und eine höhere Betriebssicherheit aufweist.
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L e e r s e i t e