DE2846372C2

DE2846372C2 - Geschoß mit radialgerichteten Steuerdüsen zur Endphasenlenkung

Info

Publication number: DE2846372C2
Application number: DE19782846372
Authority: DE
Inventors: Christian Dr.-Ing. Düsseldorf Jaeneke; Rudolf Dipl.-Ing. Kaarst Romer; Wolf Dipl.-Ing. Dr. Köln Trommsdorff
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1978-10-25
Filing date: 1978-10-25
Publication date: 1985-11-21
Also published as: DE2846372A1

Description

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düngen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen tilsteuerung 22. Im übrigen ist der Aufbau und die Wir-

hervor. kungsweise des Raketengeschosses 28 mit demjenigen

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung des Geschosses 2 vergleichbar.

schematisch dargestellten Ausführungsformen des Ge- Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 stellt ein an

schosses näher erläutert Es zeigt 5 sich bekanntes, Iuftdurchströmtes Geschoß 36 dar, das

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erste Ausfüh- einen ringförmigen Mantel 38, ein dazu konzentrisch

rungsform des Geschosses mit einem, Druckgas- bzw. angeordnetes Nutzlastteil 40, mit einer Nutzlastteilspit-

Druckflüssigkeitsbehälter, ze 42 und einem Nutzlastteilheck 43 aufweist Das Nutz-

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die zweite Ausfüh- lastteil 40 ist durch vordere, radiale Stege 44 und hinte-

rungsform als Raketengeschoß, to re, radiale Stege 46 mit dem ringförmigen Mantel 38

F i g. 3 ei.ien Längsschnitt durch die dritte Ausfüh- verbunden. Die besonders geformte Nutzlastteilspitze

rungsform als luftdurchströmtes Geschoß, 42 bildet, zusammen mit einer Schneide 48 des ringför-

F i g. 4 die Strömungsverhältnisse bei der Erzeugung migen Mantels 38, einen Überschalldiffusor 50, der be-

einer Querkraft, wirkt, daß die das Geschoß 36 anströmende Überschall-

Fig.5 einen Ausschnitt aus Fig. 3, mit Darstellung 15 strömung über Verdichtungsstöße 53 praktisch verlust-

des Fluidics, los 23 eine ringförmige Hochdruckkammer 54 geleitet

F i g. 6 einen vergrößerten Querschnitt durch das Ge- wird. Durch eine besondere Gestaltung des hinteren

schoß gemäß Fig.3, längs der Schnittlinie V-V in Endes des ringförmigen Mantels 38 und des Nutzlast-

F i g. 5, teilhecks 43 wird eine Schubdüse 58 gebildet, in der der

Fig. 7 einen Querschnitt gemäß Fig. 6 mit Austritts- 20 Druck in der ringförmigen Hochdruckkammer 54 in

öffnungen als Düsenschlitz, Strömungsgeschwindigkeit umgewandelt wird, wo-

F i g. 8 eine ausschnittsweise Vergrößerung des in der durch ein Schub gewonnen wird, der den Stoßwellen-F i g. 5 dargestellten Fluidics. Widerstand an der Geschoßspitze 42 unter günstigen α In F i g. 1 ist ein drallstabilisiertes Artilleriegeschoß 2 Voraussetzungen fast vollständig ausgleichen kann. Der dargestellt, dessen Mantel die übliche Ogivalform be- 25 in der Schubdüse 58 erzeugte Schub kann noch durch sitzt Das Geschoß 2 weist eine Geschoßmantelfläche 4, Energiezufuhr erhöht werden, so daß das Geschoß 36 eine Geschoßspitze 6 und ein Geschoßheck 8 auf. In der auch als narhbeschleunigtes Geschoß wirksam werden Geschoßmantelfläche 4 sind sektorartig Austrittsöff- kann. Zu diesem Zweck kann um das Nutzlastteil 40 nungen in Form von Düsen 10 angeordnet, die von ei- herum ringförmig ein Festbrennstoff 56 angeordnet nem für jeden Düsensektor gemeinsamen Verteiler- 30 sein, welcher mit der hochgespannten Luft in der Hochraum 14 mit Druckgas bzw. Druckflüssigkeit beauf- druckkammer 54 verbrennt und dadurch den Schub erschlagbar sind. Das Druckgas bzw. die Druckflüssigkeit höht

sind in einem Behälter 18 im Geschoßinneren auf Vorrat Wie aus F i g. 4 erkennbar, wird die auf das Geschoß 2 gehalten, von wo eine Anzapfung in Form einer Leitung bzw. 28 bzw. 36 wirkende Querkraft dadurch erzeugt, 16 zu Ventilen 20 für jeden Verteilerraum 14 führen. Die 35 daß ein aus den Düsen 10 austretender Gas- bzw. Flüs-Ventile 20 können über eine Ventilsteuerung 22 durch sigkeitsstrahl 60 die an dem Geschoßmantel 38 entlangeinen in der Geschoßspitze 6 angeordneten Zieldetek- strömende Überschallströmung stört, wodurch stromtor und elektronische Steuereinrichtung 24 so angesteu- auf von den Düsen 10 schräge Verdichtungsstöße 52 ert werden, daß jeweils ein Verteilerraum 14 sowie die auftreten, die ein Gebiet 62 höheren Druckes hervorrudazugehörigen Düsen 10 mit Druckgas bzw. Druckflüs- 40 fen. Die Größe dieses Gebietes 62 hängt ab von der sigkeit beaufschlagt werden. Durch die Ventilsteuerung Anzahl der Düsen auf der Mantelfläche 38 und von dem 22 können jeweils in der Nähe der Düsen 10 angeordne- Abstand der Verdichtungsstöße 52 von den Düsen 10. te Zündvorrichtungen 26 betätigt werden, die ein Ent- Dieses Gebiet 62 höheren Druckes bewirkt eine quer zünden des aus den Düsen 10 austretenden Gas- bzw. zur Geschoßflugrichtung wirkende Kraft, die zur Bahn-Flüssigkeitsstrahls bewirken können. Durch diese Ent- 45 korrektur herangezogen wird. Der Aufbau dieser Querzündung des Gas- bzw. Flüssigkeitsstrahls kann die Wir- kraft erfolgt sehr schnell.

kung auf die Überschallströmung erhöht werden. Die Entsprechend der geforderten schnellen Systemreak-

durch das Ausst-ömen von Gas bzw. Flüssigkeit aus den tionszeit ist es auch erforderlich, schnell wirkende Steu-

Düsen 10 bewirkte Querkraft wird im einzelnen im Zu- erelemente vorzusehen,
sammenhang mit der F i g. 4 erläutert 50 Bei den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 1 und 2

Das in F i g. 2 dargestellte Geschoß 28 unterscheidet sind die Ventile 20 in ihren Einzelheiten nicht besonders

sich von dem Geschoß 2 gemäß F i g. 1 dadurch, daß es beschrieben. Es können normale, bekannte servogesteu-

als nachbeschleunigtes, drallstabilisiertes Artilleriege- erte Ventile sein.

schoß ausgebildet ist. Selbstverständlich ist es auch Vorzugsweise werden hierzu jedoch Fluidics verwen-

möglich, die Erfindung auf von Startschienen abgefeu- 55 det, die nach dem Coanda-Effekt wirken. In F i g. 5 und 6

erte Raketengeschosse anzuwenden, ohne daß dies das ist die Anordnung solcher Fluidics für das Geschoß ge-

Wesen der Erfindung verändert. maß F i g. 3 im einzelnen dargestellt, während F i g. 8

Das Raketengeschoß 28 ist im Heck mit einem Fest- Fluidic in vergrößertem Maßstab und dessen Steuerung

stofftreibsatz 30 versehen und weist eine Brennkammer zeigt.

32 auf, von wo die hochgespannten Brenngase durch 60 Beim Geschoß gemäß F i g. λ sind in den hinteren, eine Schubdüse 34 austreten. Die Brennkammer 32 ist in radialen Stegen 46 eine Anzapfung in Form einer Leiähnlicher Weise wie der Druckgas- bzw. Druckflüssig- tung 16, die in der ringförmigen Hochdruckkammer 54 keitsbehälter 18 in F i g. 1 mit einer Anzapfung 16 verse- mündet, angeordnet Die Leitung 16 geht über in ein hen, von wo aus in völlig gleichartiger Weise über Venti- Fluidic mit Coanda-Effekt in Form einer Leitungsver-Ie 20, Verteilerräume 14 und Düsen 10 mit Druckgas 65 zweigung 64, von wo aus eine Leitung 66 zum Verteilerbeaufschlagt werden. Auch hier erfolgt die Steuerung raum 14 und eine andere Leitung 68 zum Geschoßheck der Ventile 20 über eine von einem Zieldetektor mit 8 führen. Vom Verteilerraum 14 gehen im Mantel 38 elektronischer Steuereinrichtung 24 angesteuerte Ven- angeordnete Düsen 10 radial nach außen, wodurch ent-

sprechend der Anzahl der Stege 46 eine entsprechende Anzahl von Düsensektoren gewonnen werden.

Die Leitung 68 ist im Vergleich zur Leitung 66 dem Verteilerraum 14 und den Düsen 10 strömungsmechanisch völlig gleichwertig ausgebildet, hinsichtlich der Strömungswiderstände und des Druckverluistes, so daß im Fluidic der sogenannte Coanda-Effekt eintreten kann. Dieser Coanda-Effekt besteht darin, daß ein Gas oder eine Flüssigkeit, die durch eine rechteckige, düsenartige Leitungsverzweigung 64 gegen eine Schneide 65 strömen, sich nicht gleichmäßig auf die beiden strömungsmechanisch gleichwertigen Abströmkanal 66 bzw. 68 verteilt, sondern nur durch den einen oder den anderen der Kanäle 66 bis 68 strömt. Die Strömung wird in der jeweiligen Lage festgehalten durch den Sog eines Rezirkulationsgebietes 72.

Wird der Unterdruck kurzzeitig im Rezirkulationsgebiet 72 durch Gas- oder Flüssigkeitszufuhr aus einer seitlichen öffnung abgebaut, dann schlägt das Strömungsbild in sein Spiegelbild um. Der Gas- bzw. Flüssigkeitsstrom fließt nunmehr vollständig durch den anderer. Kanal. Der Strömungsumschlag kann auch durch Energiezufuhr im Rezirkulationsgebiet 72 bewirkt werden, was gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung durch eine starke elektrische Entladung zwischen Elektroden 74, die in einer Wandungsvertiefung 70 angeordnet sind, bewirkt Die Elektroden 74 werden durch einen in der Geschoßspitze 42 angeordneten Zieldetektor 24 mit elektronischer Steuereinrichtung angesteuert und bewirken ein äußerst rasches Umschlagen der Strömung. Solange keine Bahnkorrektur des Geschosses 36 durchgeführt werden soll, fließt die aus der Hochdruckkammer 54 in die Leitung 16 einströmende Luft über die Leitung 68 zum Geschoßheck 8 ab.

Sobald eine Bahnkorrektur erforderlich ist, wird über den Zieldetektor 24 ein entsprechendes Signal auf eine Elektrode 74 gegeben, so daß durch die dadurch hervorgerufene elektrische Entladung ein Strömungsumschlag hervorgerufen wird und Luft über die Leitung 66 den Verteilerraum 14 und die Düsen 10 aus dem Mantel 38 abströmt und die schon beschriebene Störung der Überschallströmung bewirkt.
Die im Zusammenhang mit den F i g. 5, 6 und 8 beschriebenen Fluidics sind besonders schnell wirkende Steuerelemente, die mit sehr geringem Energieaufwand angesteuert werden können. Sie sind ferner in ihren Abmessungen sehr klein und können daher — wie dargestellt — in den Stegen eines luftdurchströmten Ge-Schosses 36 angeordnet sein. Ihre Anwendung ist aber nicht auf ein solches lufidurchströmtes Geschoß 36 beschränkt, sondern auch die Geschosse 2 gemäß F i g. 1 bzw. 28 gemäß F i g. 2 können an Stelle der Ventile 20 mit Fluidics versehen sein.

In diesem Falle ist es erforderlich, eine Leitung jeweils zum Geschoßheck 8 zu führen, während die andere Leitung zum Verteilerraum 14 führt. Die Fluidics sind allerdings nur solange wirksam, wie sie von Gas bzw. Flüssigkeit durchströmt werden, so daß es in diesem Falle erforderlich ist, daß der Druckgas- bzw. Druckflüssigkeitsbehälter 18 oder der Feststofftreibsatz 30 genügend lange Druckgas bzw. Druckflüssigkeit abgeben können.
In F i g. 7 ist schematisch dargestellt, daß eine Düsenreihe entsprechend Fig.6 auch durch entsprechende Schlitze 12 ersetzt werden kann und der gleiche Effekt erzielt werden kann. Ob Düsen 10 oder Schlitze 12 verwendet werden, hängt von den herstellungstechnischen Gegebenheiten ab.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

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Die Erfindung betrifft ein Geschoß mit den Merkma-Patentansprüche: len des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Geschoß ist aus der US-PS 41 09 884

1 Mit Überschallgeschwindigkeit fliegendes Ge- als bekannt zu entnehmen. Bei diesem Geschoß sind zur schoß mit am Umfang des Geschoßmantels ange- 5 Beeinflussung der Nick- und Gierbewegung eines Geordneten radial gerichteten Steuerdüsen, die durch Schosses am Umfang paarweise gegenüberliegende und eine Sensoranordnung mit einem Druckraum im In- von einem Steuersystem über zugehörige Magnetventineren S Geschoßkörpers verbindbar sind, da- Ie schaltbare Steuerdüsen radial angeordnet Fur die durch gekennzeichnet, daß eine Gruppe Flugkorrektur, insbesondere für die Endphasenlenkung von Düsen (10) bzw. ein durchgehender Schlitz (12) io ist bei dieser Düsenanordnung eine vom Geschoß her leweilsin einem Geschoßmantelsektor in Umfangs- hohe aufzubringende Schubenergie erforderlich Da-Süng angeordnet und mit je einem Verteiierraum durch, daß gerade während der Endphasenlenkung (4) verbunden sind, und daß der Verteiierraum (14) mehrfach hohe Schubimpulse erforderlich se.n können, über ehe Leitung (66) an einer mit einer Druckgas- ist für die Speicherung der die Schubenergie erzeugen- HSfv Mibzw Druckflüssigkeitsquelle (18) verbun- 15 den und unter einem hohen Druckniveau stehenden denen 'Leitungsverzweigung (64) angeschlossen ist, Gase ein raumaufwendiger Energiespeicher notwendig, dfe als ein nach dem Coanda Effekt wirkendes Flui- Bemühungen, diese notwendige Speicherenergie für die d? mk gesteuertem Strömungsumschlag ausgebil- erforderlichen hohen Schubimpulse während der eh. mit gesteuert = Endphasenlenkung geschoßseiüg zu reduzieren und die

2 Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 um das Geschoß herum fließende Überschallströmung zeichnet daß zur Steuerung des Strömungsumschla- während des aus der Düse austretenden, den Schub.m-IZTZRezirkulationsgebiet (72) der Leitungsver- puls verursachenden Gasstrahls zur Schubimpulsunterzweig (64) Elektroden (74) angeordnet sind. Stützung nutzbar zu machen, führten nicht zum ge-

3 Geschoß nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge- wünschten Erfolg, weil, aufgrund des annähernd linear kennzeichnet, daß die Elektroden (74) in einer 25 austretenden Gasstrahles aus der Steuerduse, sich eine wSertiefung (70) der Leitungsverzweigung (64) ebenfalls nur annähernd lineare und dadurch w.rkungsw dnuvci ^l^_n| v 1 _{arme in} Rachainchtung weisende Querkraft zur Schub-"Toeschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- impulsunt.ürstützung ausbilden kann.

durch Bekennzeichnet, daß die Leitungsverzweigung Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber den im ■ffibVie15Si(66)initdeinVerteilerrau_m(14) 30 Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Mitteln und über eine Leitung (68) mit dem Geschoßheck (8) zur radialen Schubimpulssteuerung eines mit Ubersowie Se eine Anzapfleitung (16) mit der Druck- Schallgeschwindigkeit fliegenden Geschosses, eine Duf μΓμ8 3? 541 bzw Druckflüssigkeitsquelle (18) sen-und Steuerungsanordnung zu schaffen, die bei einer , gas- (ia, 3/, ot) μ · 6 leichten Steuerbarkeit und einer kurzen Systemreak- \ 5 Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- 35 tionszeit die Flugbahnlenkung mit geringen! eigenen durch Sennzeichnet daß die Druckgas- bzw. Energieaufwand unter Nutzung der aus der Querkraft DruckflüsSitsquelle durch einen im Geschoßin- des Verdjchtungsstoßes der um das Geschoß herumflieneren angeordneten Druckgas- bzw. Druckflüssig- ßenden Überschallströmung durchzuführen gestattet keitsbehäker »81eebildetwird Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden 6 Geschoß nach Anspruchs, dadurch gekenn- 40 Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gezeichnet daß ieder Gruppe der Düsen (10) bzw. dem löst. .,,,._, . „ Schmz 12) ene Zündvorrichtung (26) zugeordnet In vorteilhafter Weise ermöglicht die Erfindung, daß r~ ^{l v} ' durch eine Gruppenanordnung von Düsen bzw. eines ^1S 7 Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- durchgehenden Schlitzes auf dem Umfang eines Gedurch gekennzeichnet, daß die Druckgasquelle 45 schoßmantelsektors ein aus einer Druckgas- bzw. du ch dfe in einer Brennkammer (32) eines Raketen- Druckflüssigkeitsquelle austretender Gas- bzw. Fluss.gtriebwerkes erzeugten Druckgase gebildet wird. keitsstrom mittels einer Leitungsverzweigung, die als

8 Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- ein nach dem Coanda Effekt wirkendes F u.d.c nut gedurch gekennzeichnet, daß die Druckgasquelle steuertem Strömungsumschlag ausgebildet ist, schlagardurch eine ringförmige Hochdruckkammer (54) ge- 50 tig zur Verfügung steht, so daß sich stromauf, aufgrund bildet wird, der im Bereich der Geschoßspitze ein der senkrecht oder nahezu senkrecht aus dem Geschoß Überschalldiffusor (50) zugeordnet ist. austretenden Gas- bzw. Flüssigkeitsstrahl«! ,durch die

9 Geschoß nach Anspruch 8, dadurch gekenn- um das Geschoß herumfließende UberschaUstromung zeichnet, daß die Hochdruckkammer (54) im Heck- ein eine Querkraft erzeugender schiefer Verd.chtungsbereich des Geschosses (36) als Schubdüse (58) aus- 55 stoß für eine kurzfristig durchfuhrbare Flugbahnkorgebildet ist, und daß zur Abstützung der Geschoß- rektur ausbilden kann. Je nach der Machzahl der Gehülle (38) radiale Stege (44, 46) angeordnet sind, in schoßgeschwindigkeit ist die derartig durch den Verdenen die Leitungsverzweigungen (64) angeordnet dichtungsstoß erzeugte Querkraft um ein Mehrfaches werden können größer, als die Rückstoßkraft des aus dem Geschoßin-

10. Geschoß'nach Anspruch 9, dadurch gekenn- 60 nern austretenden Gas- bzw. Flüssigkeitsstrahler Aufzeichnet daß die Leitungsverzweigungen (64) in den grund der durch das Fluidic durchfuhrbaren Stromungshm5erenStegen(46)_angeordnetsind. steuerung werden sehr kurze Steuerungen, wie sie

11 Geschoß nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei den heutigen schnellfhegenden Wuchtgeschossen

dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand der für die Steuerung insbesondere in der Endphase erfor-

Hochdruckkammer (54) ringförmig ein Festbrenn- 65 derlich sind, erreicht. Das Fluidic besitzt als Scha tele-

stoff (56) angeordnet ist, welche mit dem Druckgas ment einen sehr einfachen Aufbau und ist mit geringer

zur Schuberhöhung reagiert. Energie steuerbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil-