DE2811448C2

DE2811448C2 - gyroscope

Info

Publication number: DE2811448C2
Application number: DE2811448A
Authority: DE
Inventors: Jean Andre Hubert Charenton Val de Marne Viala
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1977-03-14
Filing date: 1978-03-13
Publication date: 1983-05-05
Also published as: GB1598506A; IT7821129A0; DE2811448A1; IT1093327B; FR2384235B1; FR2384235A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Gyroskop zur Steuerung eines Flugkörpers gemäß dem Oberbegriff des Patentprs . The invention relates to a gyroscope for controlling a missile according to the preamble of the patent prs.

FOr dje Prallstabilisierung bei Flugkörpern, wie beispielsweise Raketen werden Gyroskope verwendet, um für die Steuer- oder Bahnkorrektur einen vertikalen Bezugspunkt zu liefern.For dje impact stabilization in missiles, such as For example, rockets, gyroscopes are used to provide a vertical for steering or orbit correction To provide reference point.

Bekannt sind einerseits kardanisch aufgehängte Gyroskope andererseits solche, wie sie gattungsbildend beschrieben sind.On the one hand, gimbal-mounted gyroscopes are known, on the other hand, those of the generic type are described.

Die erstgenannte Ausführung ist mechanisch aufwendig und damit kostspielig und hält den Beinstungen durch die Beschleunigung nicht ausreichend stand bzw. es sind Hilfseinrichtungen zur Abstützung vorzusehen.The first-mentioned version is mechanically complex and therefore expensive and holds the leg stalls was insufficient due to the acceleration or auxiliary equipment must be provided for support.

Ein im Sinne der Gattung ausgebildetes Gyroskop ist beispielsweise aus der GB-PS 11 11374 bekannt Hierbei ist im Rotor eine Spulenanordnung vorgesehen, mit deren Hilfe der Rotor gegenüber der fixierten Kugel in einer ganz bestimmten Ausrichtung gehalten werden kann. Eine mit einem Sender und Empfänger versehene Meßanordnung ist im Gehäuse des Gyroskops vorgesehen, um unter Benutzung einer auf dem Rotor befindlichen Teilreflektionsfläche Abweichungen der Lage des Rotors bestimmbar zu machen. Ausgerichtet ist der Rotor, wenn der Empfänger die maximale Strahlung erhältA gyroscope designed in the sense of the genus is known, for example, from GB-PS 11 11374 In this case, a coil arrangement is provided in the rotor, with the aid of which the rotor is positioned against the fixed ball can be kept in a very specific orientation. One with a transmitter and receiver Measuring arrangement is provided in the housing of the gyroscope, using one on the rotor located partial reflection surface to make deviations in the position of the rotor determinable. Aligned is the rotor when the receiver receives maximum radiation

Für die Steuerung eines Flugkörpers ist dieses Gyroskop nicht einsetzbar, weil es notwendig ist daß der Rotor nach einer bestimmten Umdrehung ein Signal reflektiert und daß beim Ausbleiben dieses Signals Bahnkorrekturen des Flugkörpers vorgenommen werden müssen.This gyroscope cannot be used to control a missile because it is necessary the rotor reflects a signal after a certain rotation and that in the absence of this signal Orbit corrections of the missile must be made.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gyroskops zur Steuerung eines Flugkörpers, das einfach im Aufbau ist und dennoch den Beschleunigungsbelastungen bei Raketen standhalten kann.The object of the invention is to create a gyroscope for controlling a missile that is simple in construction and can still withstand the acceleration loads caused by rockets.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.This object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further developments result from the subclaims.

Die Vorteile und die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Gyroskops sollen anhand lies in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Dabei zeigtThe advantages and the mode of operation of the gyroscope according to the invention should be based on the preferred exemplary embodiment shown in the drawings explained. It shows

F i g. 1 einen Axialschnitt, in der sich das Gyroskop nach der Erfindung in Ruhestellung befindet;F i g. 1 is an axial section in which the gyroscope according to the invention is in the rest position;

Fi g. 2 einen Diametralschnitt längs der Linie H-II der Fig. 1.Fi g. 2 shows a diametrical section along the line H-II in FIG. 1.

Das in den Figuren gezeigte Gyroskop nach der Erfindung besteht aus einer Vollkugel 1, die z. B. aus rostfreiem Stahl gefertigt ist und mit einem nur teilweise dargestellten Gehäuse 2 formschlüssig verbunden ist Das Gehäuse 2 liegt seinerseits formschlüssig am (nicht dargestellten) Flugkörper und umschließt das Gyroskop. Die Verbindung der Kugel 1 und des Gehäuses 2 wird durch die gegenüber der Kugel diametral gegenüberliegenden Spitzstifte 2 und 4 hergestellt die mit den entsprechenden Ausnehmungen der Kugel zusammenarbeiten. Die Achsen der Stifte 3 und 4 liegen parallel zur Längsachse des Flugkörpers oder fallen mit letzterer zusammen.The gyroscope according to the invention shown in the figures consists of a solid ball 1 which, for. B. off is made of stainless steel and is positively connected to a housing 2, which is only partially shown The housing 2 for its part lies positively on the missile (not shown) and encloses the gyroscope. The connection of the ball 1 and the housing 2 is made by the diametrically opposite pointed pins 2 and 4 of the ball work together with the corresponding recesses in the ball. The axes of pins 3 and 4 lie parallel to the longitudinal axis of the missile or coincide with the latter.

Auf der Kugel 1 kann ein Rotor 5 vermittels der beiden Kugelringe 6 und 7 in Drehung versetzt werden, Dieser Rotor hat annähernd die Form eines Kreisringes, wobei die Kugel in der Ausnehmung des Kreisrings konzentrisch mit diesem liegt.On the ball 1, a rotor 5 can be set in rotation by means of the two ball rings 6 and 7, This rotor has approximately the shape of a circular ring, with the ball in the recess of the circular ring is concentric with this.

Der Rotor 5 besteht aus zwei SeitenflansGhen 8 und 9 und aus einem ringförmigen peripheren Körper 10. Die beiden Flansche 8 und 9 sind durch ihre jeweiligenThe rotor 5 consists of two side flanges 8 and 9 and an annular peripheral body 10. Die both flanges 8 and 9 are through their respective

orsprug? ti bswr 12 rftfttig aneinander ausgerichtet und ober die aufder Innenfläche des Körpers und auf der Peripherie der Flansche vorgesehenen Gewinde 13 miteinander sowiemit dem Ringkörper (0 verbunden,orsprug? ti bswr 12 strongly aligned with each other and above those on the inner surface of the body and on the periphery of the flanges provided thread 13 connected to each other and to the ring body (0,

jeder der Flansche 8-Mn'd_;.9..-wpist.'.eirte-,rfngf9Emige s koaxiale Auskehlung 14 öder45 auf, in der jeweils die Kugelgruppen 6 pder7 lagern.each of the flanges 8-Mn'd _; .9 ..- wpist. '. Eirte-, rfngf9Emige s coaxial groove 14 öder45 in which the groups of balls 6 and 7 are located.

Der Ringkörper 10 weist vier periphere öffnungen 16 auf, die paarweise einander diametral gegenüberliegen und die Gasaustrittsrohrebilden.The ring body 10 has four peripheral openings 16 that are diametrically opposed to each other in pairs and form the gas outlet pipes.

Die Flansche 8, 9 und der Körper beschreiben zusammen einen inneren kreisringförmigen Hohlraum 17_r der ejne Vortriebsladüng 18 und vier Zünder 19 enthält, die einander diametral gegenüberliegen und einen Gasgenerator darstellen, der dazu verwendet wird, den Rotor durch Gasauswurf durch die Rohre 16 anzuwerfen.The flanges 8, 9 and the body together describe an inner annular cavity 17 _r of ejne Vortriebsladüng 18 and four detonators 19 contains, which are diametrically opposite each other and constitute a gas generator which is used to cast the rotor by gas discharge through the tubes sixteenth

Die Auslöseleitungen 20 der Zünder 19 sind mit der (nicht dargestellten) Abfeuerungsvorrichtung verbunden, und zwar über das Gehäuse X an dem sie befestigt sind, um den Rotor in Übereinstimmung mit einem gegenüber der durch die Achsen der Stifte 3 und 4 materialisierten Längsachse der Rakete bestimmten Winkel« zu halten.The trigger lines 20 of the detonators 19 are connected to the firing device (not shown) via the housing X to which they are attached to determine the rotor in accordance with a longitudinal axis of the missile materialized by the axes of the pins 3 and 4 Angle «.

Dieser Winkel liegt beispielshalber bei 45°. Im Augenblick des Anwerfens des Rotors 5, was dem Start der Rakete entspricht, brennen die Drähte 20 und zerreißen.This angle is, for example, 45 °. At the moment of starting the rotor 5, what the start corresponds to the missile, the wires 20 burn and tear.

Zwischen der Vortriebsladung 18 und den Wänden des kreisringförmigen Hohlraums 17 sind Wärmeschutzelemente 21 eingesetzt.Heat protection elements are located between the propulsion charge 18 and the walls of the annular cavity 17 21 used.

Die Rohrvorsprünge 11 und 12 bilden eine Dichtung. Der Ringkörper 10 des Rotors 5, der aus Schwermetall gefertigt ist, weist eine reflektierende Umdrehungsprofilfläche 22 auf. Die profilerzeugende Fläche 22 ist eine Evolventenkurve des Längsgrades der Kugel 1.The pipe projections 11 and 12 form a seal. The ring body 10 of the rotor 5, which is made of heavy metal, has a reflective revolution profile surface 22 on. The profile-generating surface 22 is an involute curve of the longitudinal degree of the ball 1.

In der anfänglichen Ruhestellung des Rotors umfaßt die Fläche 22 einen im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Rakete verlaufenden Abschnitt 22aIn the initial position of rest of the rotor, the surface 22 comprises a substantially perpendicular to Longitudinal axis of the missile extending portion 22a

Auf einer Seite 23 des Gehäuses, die senkrecht zur Raketenachse ausgerichtet ist, sind ein Infrarot-Sender 24 und ein Infrarot-Empfänger 25 nebeneinander und gegenüber von Abschnitt 22a der Fläche 22 angeordnet, die dann am nächsten liegt, wenn die gesamte Einheit vor der Betriebsaufnahme (Ruhestellung) eingestellt istOn one side 23 of the housing, which is oriented perpendicular to the missile axis, there is an infrared transmitter 24 and an infrared receiver 25 arranged side by side and opposite section 22a of surface 22, which is closest when the entire unit is set before operation (rest position)

Die Leitungen 20 durchlaufen die konisch ausgebildeten und tangential ausgerichteten Rohre 16, um den Rotor bei Gasaustritt in Drehung zu versetzen. Die Auslöseleitungen 20 sind mit der nicht dargestellten Abfeuerungsvorrichtung verbunden.The lines 20 pass through the conical and tangentially aligned tubes 16 to the To set the rotor in rotation when gas escapes. The trigger lines 20 are not shown with the Firing device connected.

Beim Einbau des Gyroskops nach der Erfindung in eine Rakete liegt nicht nur die Achse der Stifte 3 und 4 parallel zur Längsachse der Rakete, sondern auch der Sender-Empfänger 24-25 ist gegenüber der radialen Vertikalebene der Rakete in festgelegter Weise eingestellt.When installing the gyroscope according to the invention in a rocket, not only is the axis of pins 3 and 4 located parallel to the longitudinal axis of the missile, but also the transceiver 24-25 is opposite the radial Vertical plane of the missile set in a specified manner.

Bei Abheben der Rakete werden die Zünder 19 fiber die Leitungen 20 betätigt und veranlassen die Verbrennung der Ladung 18, durch die ein durch die Rphre austretendes Gas erzeugt wird.When the rocket lifts off, the detonators 19 are fiber the lines 20 actuated and cause the combustion of the charge 18, through which a through the Rphre escaping gas is generated.

Der Rotor 5 wird somit in Umdrehung versetzt und nimmt an Geschwindigkeit zu, bis ζ,Β, 20 000 Umdrehungen pro Minute erreicht werden, worauf die Geschwindigkeit langsam abnimmt, bis die Flugbahn der Rakete beendet ist. Die Rakete wird zur gleichen Zeit gestartet und beginnt mit der Autorotation. Der Rotor hält durch den gyroskopischen Effekt seine Parallelhaltung bei, das mit der Rakete formschlüssige Gehäuse 2 dreht sich Jedoch um ein zur Achse der Stifte 3 und 4 parallel verlaufenden Achse.The rotor 5 is thus set in rotation and increases in speed until ζ, Β, 20,000 revolutions per minute are reached, whereupon the Slowly decreases in speed until the missile's trajectory has ended. The missile becomes the same Time starts and starts the autorotation. Of the Due to the gyroscopic effect, the rotor maintains its parallel position, that of the rocket with a positive fit However, the housing 2 rotates about an axis which runs parallel to the axis of the pins 3 and 4.

Bei Jedem Umlauf entfernt sich somit der vorher aktivierte Sender-Empfänger 24—25 und nähert sich abwechselnd der reflektierenden Fläche 22 des Rotors 2.With each cycle the previously activated transceiver 24-25 moves away and approaches alternately of the reflective surface 22 of the rotor 2.

Die vom Sender 24 abgegebenen Strahlen werden von der Fläche 22 zum Empfänger 25 z^-ückgeworfen; dies jedoch nur während einer kleinen Umdrehungsfoige des Gehäuses 2 in bezug auf den Rotor, und zwar dann, wenn der Sender und der Empfänger einen gegenüber der absoluten, vor dem Raketenstart geordneter oder sonstwie ermittelten Vertikale bestimmten Winkelsektor passieren.The beams emitted by the transmitter 24 are reflected back from the surface 22 to the receiver 25; however, this only during a small revolution of the housing 2 with respect to the rotor, to be precise then, when the transmitter and the receiver have a opposite of the absolute, before the rocket launch ordered or otherwise determined vertical pass certain angular sector.

Ein Signal erscheint demnach bei jedem Autorotationsumlauf der Rakete an den Klemmen des Empfängers 25, wenn die radiale Winkelstellung der Rakete in bezug auf die Vertikale bestimmt ist und der (in F i g. 1 dargestellten) Ausgangsstellung entsprichtA signal therefore appears with every autorotation cycle of the missile at the clamps of the receiver 25 when the radial angular position of the missile is in is determined with respect to the vertical and corresponds to the starting position (shown in FIG. 1)

Durch das Signal kann die Stellung der Steuerleitflächen mit der Flugbahnsteuerung koordinert werden.The signal can be used to coordinate the position of the control surfaces with the flight path control.

Erfährt die Rakete eine kleine Gierabweichung oder eine Lageänderung, verändert sich geringfügig die Stellung des Rotors, aber das Profil der reflektierenden Fläche 22 ermöglicht weiterhin, daß sich bei jedem Umdrehungslauf des Gehäuses 2 eine Verbindung in auffallender Strahlung zwischen Sender 24 und dem Empfänger 25 ergibtIf the rocket experiences a small yaw deviation or a change in position, this changes slightly Position of the rotor, but the profile of the reflective surface 22 still allows each Revolution of the housing 2 a connection in incident radiation between the transmitter 24 and the Receiver 25 results

Somit bietet die Fläche 22 stets aufgrund seiner Gestaltung zu dem Zeitpunkt, wenn sie dem Sender 24 und Empfänger 25 am nächsten ist einen Flächenabschnitt 22a, der zur abgegebenen Strahlungsachse im wesentlichen senkrecht steht.The surface 22 is therefore always available due to its design at the time when it is the transmitter 24 and receiver 25 closest is a surface section 22a, which is to the emitted radiation axis im is essentially perpendicular.

Selbstverständlich kann das Signal des Empfängers 25 verstärkt und begrenzt, aber auch derart differenziert werden, daß sich ein Bezugssignal der Vertikalen mit steiler Vorderflanke und deren genauer Bestimmung ergibt.Of course, the signal of the receiver 25 can be amplified and limited, but also differentiated in this way that there is a reference signal of the vertical with a steep leading edge and its precise determination results.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patentansprüche?Patent claims?

t_T Gyroskop ?ur Steuerung eines Flugkörpers mit einem toroidalen Rotor und einer mit dem Flugkörper verbundenen, in der Aussparung des Rotors konzentrisch angeordneten Kugel, wobei der Rotor über Lagerkugeln auf der Kugel drehbar ist und wobei auf dem Rotor eine bestimmte von einem Sender abgegebene Strahlung zu einem Empfänger reflektierende Teilfläche vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (t) in Längsrichtung des Flugkörpers (2) fixiert ist, daß der Rotor (5) im definierten Winkel gegenüber der Längsachse in der Ausgangsstellung voreingestellt ist und daß der Rotor (5) eine reflektierende Teilfläche (p2a) '⁵ aufweist, die in der Ausgangsstellung des Rotors senkrecht zur Längsachse des Flugkörpers (2) und der optischen Abtastvorrichtung (24,25) Hegtt _T Gyroscope for controlling a missile with a toroidal rotor and a ball connected to the missile and arranged concentrically in the recess of the rotor, the rotor being rotatable on the ball via bearing balls and with a certain radiation emitted by a transmitter on the rotor partial surface reflecting to a receiver is provided, characterized in that the ball (t) is fixed in the longitudinal direction of the missile (2), that the rotor (5) is preset at a defined angle with respect to the longitudinal axis in the starting position and that the rotor (5 ) has a reflective partial surface (p2a) ' ⁵ which, in the starting position of the rotor, is perpendicular to the longitudinal axis of the missile (2) and the optical scanning device (24, 25)

2. Gyroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkeletwa 45° beträgt2. Gyroscope according to claim 1, characterized in that the angle is approximately 45 °

3. Gyroskop nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ^kennzeichnet daß der Sender (24) und der Empfänger (25) nahe beieinander angeordnet sind und ihre Sender- und Empfängerachsen im wesentlichen mit der Längsachse des Flugkörpers & parallel verlaufen.3. Gyroscope according to one of claims 1 or 2, characterized in that the transmitter (24) and the receiver (25) are arranged close to each other and their transmitter and receiver axes are substantially parallel to the longitudinal axis of the missile &.

4. Gyroskop nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Erzeugende der reflektierenden Umdrehungsfläche ein Evolvententeil des Längenkreises der Kugel ist4. Gyroscope according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the Generating the reflective surface of revolution is an involute part of the longitudinal circle of the sphere

5. Gyroskop nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Rotor (5) aus zwei Seitenflanscnen (8, 9) und einem peripheren Ringkörper (10) gebüdet ist %/obei jeder Flansch (8,5. Gyroscope according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor (5) consists of two Side flanges (8, 9) and a peripheral ring body (10) is formed% / obei each flange (8,

9) in Richtung zum jeweils anderen einen zylinderförmigen koaxialen Vorsprung {11,12) aufweist und einer der Vorsprünge unter leichter Reibung über den anderen schiebbar ist9) has a cylindrical coaxial projection {11,12) towards the other and one of the projections can be pushed over the other with slight friction

6. Gyroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ⁴^ Kugel (1) in dem Flugkörper durch Spitzstifte (3, 4) fixiert ist die einander diametral gegenüberliegenden und mit der entsprechenden Ausnehmung in der Kugel zusammenarbeiten, wobei die Achse der Stifte parallel zur Längsachse des Flugkörpers verläuft oder mit dieser zusammen fällt.6. Gyroscope according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the ⁴ ^ ball (1) in the missile by pointed pins (3, 4) is fixed diametrically opposite and cooperate with the corresponding recess in the ball, wherein the axis of the pins is parallel to or coincides with the longitudinal axis of the missile.

7. Gyroskop nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Flanschen (8,9) und dem Ringkörper (10) eine toroidale Kammer (17) angeordnet ist, die wenigstens eine Vortriebladung (18) und einen Zünder (19) umschließt wobei der oder die Zündleitungen den Ringkörper über die Gasaustrittsrohre (16) bildenden Öffnungen durchlaufen, aus denen das durch die Explosionsladungen erzeugte ^ss Gas austritt.7. Gyroscope according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that a toroidal chamber (17) is arranged between the flanges (8, 9) and the annular body (10), the at least one propulsion charge (18) and an igniter ( 19) encloses the ignition line (s) running through the ring body via openings forming the gas outlet pipes (16) from which the ^{gas generated by the explosive charges} emerges.

8. Gyroskop nach Anspruch 7, dadurch gekenn* zeichnet, daß es wenigstens zwei diametral gegenüberliegend angeordnete Zünder (12) aufweist deren Leitungen über paarweise diametral gegenüberliegende Gasaustrittsöffnungen den Ringkörper durchlaufen.8. Gyroscope according to claim 7, characterized in that it has at least two detonators (12) arranged diametrically opposite one another their lines via pairs of diametrically opposed gas outlet openings the ring body run through.