DE2913350A1

DE2913350A1 - Strahltriebwerk fuer lenkflugkoerper

Info

Publication number: DE2913350A1
Application number: DE19792913350
Authority: DE
Inventors: Walter Kranz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1979-04-03
Filing date: 1979-04-03
Publication date: 1980-10-16
Also published as: GB2045704A; FR2453279A1

Description

MESSERSOHMITT BÖLE.OW BLOHM - 3 - Ottobrunn., 31. März 1979

GESELLSGHAi¹T BT01 Im

MIT BESCHRÄNKTER HAi¹TUNG 8396

MÜNCHEN

Strahltriebwerk für LenkfTugkörper

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahltriebwerk für Lenkflugkörper, mit einer Strahlabienkung für den Schub-, insbesondere Jberschallstrahl, bei dem/ Schubdüse eine an das
Düsenaustrittsende anschließende, über das dem Umgebungsdruck entsprechende Bxpansionsverhältnis hinaus erweiterte
Verlängerung aufweist und zur Strahlablenkung jeweils in der gewünschten Ablenkrichtung wirksame Steurimpulse an in Düsenumfangsrichtung -verteilt angeordneten Steueröffnungen eingegeben werden.

Zur Schubvektorsteuerungjvon Strahltriebwerken ist es bekannt, ein Steuerfluid an Stellen hohen Überdrucks in die Schubdüse einzuspritzen, um dadurch eine Strahlablenkung und somit Querschubkomponente in der gewünschten Richtung zu erhalten (DE-AS 12 40 747). Derartige Schubvektorsteuerungen sind jedoch nur in Sie¹*- und Nickrichtung des Lenkflugkörpers wirksam,

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gestatten aber keine Rollmomentensteuerung um die Triebwerkslängsachse und erfordern außerdem zur Strahlablenkung - bezogen auf den Massendurchsatz des Schubdüsenstrahls - große Steuerfluidmengen und entsprechend große Durchflußquerschnitte für die Einspritzöffnungen, woraus sich zum einen unerwünscht lange Schaltzeiten und zum anderen ein großer Bau- und vor allem Gewiclitsaufwand für das Steuerfluidsystem ergeben.

Bei bekannten Strahltriebwerken der eingangs erwähnten Art hingegen, bei denen die Strahlablenkung ähnlich wie/iTuidikelementen

•]q unter Ausnutzung des Coanda-Effekts erfolgt, sind zur Steuerimpulserzeugung mehrere, in Düsenumfangrichtung verteilte, selektiv steuerbare Lufteinlaßöffnungen in der Schubdüsenverlängerung am Düsenaustrittsende angeordnet, über die entweder kurzzeitig oder - falls der Schubstrahl unter der Wirkung des Coandaeffekts nicht selbsttätig an der Schubdüsenverlängerung haften bleibt - für die Dauer der Strahlablenkung Umgebungsluft mit einer entsprechend der gewünschten Ablenkrichtung unsymmetrischen Verteilung in eine Unterdruckzone in der Schubdüse bzw. dem an das Düsenaustrittsende angrenzenden Teil der Schubdüsenverlängerung angesaugt wird. Eine solche Strahlablenkung durch ein gesteuertes Ansaugen von Umgebungsluft hat jedoch den Nachteil, daß wiederum große Durchflußquerschnitte für die Luftansaugöffnungen auf- und zugesteuert und unerwünscht lange Schaltzeiten zur Strahlablenkung bzw. -umschaltung sowie ein großer Bau- und Platzbedarf für die Luftsteuerung in Kauf genommen werden müssen und eine Rollagensteuerung oder -stabilisierung des Lenkflugkörpers nicht möglich ist. Außerdem ist die Lage der Unterdruckzone vom Druckverhältnis zwischen Brennkammer- und Umgebungsdruck abhängig, so daß bei sich während der Antriebsflugphase änderndem Druckverhältnis die Gefahr besteht, daß die Unterdruckzone in Triebwerkslängsrichtung wandert und die Steuerimpulsgabe über die Luftansaugöffnungen und somit die gesamte Schubvektorsteuerung gestört wird oder gar zum Erliegen kommt_o

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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Strahltriebwerk der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß eine funktbnssiohere und gewünschtenfalls auch in Rollrichtung wirksame Schubvektorsteuerung mit kurzen Schaltzeiten und geringen Massendurchsätzen und Durchflußquerschnitten an denSteueröffnungen garantiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Strahltriebwerk nach dem Anspruch 1 gelöst; besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.

ι a - /durch

^I(J iSrfindungsgemäß läßt siclv das Einspritzen eines Steuerfluids hoher Dichte, vorzugsweise einer Kühlflüssigkeit unter Druck, in eine für die Strahlablenkung hochwirksame Randzone mit Hilfe eines baulich einfachen und vor allem im Bereich der Steueröffnungen und zugeordneten Schaltorgane gewichts- und platz- sparenden Steuerfluid-Einspritzsystems mit hinsichtlich des Volumen- und Mengendurchsatzes schwachen Steuerimpulsen bzw. -impulsänderungen und kurzen Schaltzeiten auch dann eine sichere Schubvektorsteuerung garantieren, wenn der Druck an den Steueröffnungen a.ufgrund von Schwankungen des Druckverhältnisses vor- übergehend über den Umgebungsdruck ansteigt, mit der Besonderheit, daß bei Anordnung von Strahlrudern, vorzugsweise aber starren Strahlflossen in Verbindung mit der Steuerfluideinspritzung auch eine Rollmomentensteuerung erreicht und zugleL ch die thermische Belastung der Strahlflossen bzw. -ruder , abgesehen von deren Kühlung durch das Steuerfluid , vor allem auch durch deren Anordnung in der Schubdüsenverlängerung wesentlich herabgesetzt wird, was für die in den Schubdüsenstrahl eintauchenden Flössen- bzw. Ruderabschnitte ein entscheidender Vorteil ist.

Zwar genügt es, nur über eine oder mehrere gleichwirkende Steueröffnungen einen Steuerfluidimpuls kurzzeitig bis zum

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Umschalten des Strahls oder bei schwächer ausgeprägten Coandaeffekt für die Dauer der Strahlablenkung einzugeben, die übrigen Steueröffnungen hingegen geschlossen zu halten, jedoch erfolgt die Steuerfluideinspritzung aus Gründen einer einfacheren Steuerimpulsgabe pulsierend durchströmt, jedoch mit jeweils entsprechend dem gewünschten Ouerschub bzw. Rollmoment veränderlicher Impulsdauer, derart, daß bei einer Schubvektoränderung die Differenz zwischen den an jeweils entgegengesetzt wirkenden Steueröffnungen eingespritzten Steuerfluidmengen durch gegensinnige Regulierung der Impulsdauer dieser Steueröffnungen geändert wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Pig. I einen schematischen Längsschnitt eines Strahl— triebwerks nach der Erfindung; und

Pig. 2 einen vergrößerten, schematischen Schnitt längs der Linie 2-2 der Pig. I.

Das in den Pign. gezeigte Strahltriebwerk 2 zum Antrieb eines Lenkflugkörpers enthält eine mit einem Peststofftreibsatz 4 bestückte Brennkammer 6 und eine dieser nachgeschaltete Schubdüse 8 mit einer an das Düsenaustrittsende 10 anschließenden, divergenten Schubdüsenverlängerung 12, die über das dem Umgebungsdruck entsprechende Expansionsverhältnis hinaus erweitert ist. In der nach Zünden des Peststofftreibsatzes 4 vom Schubstrahl durchströmten Schubdüse 8 entsteht am Düsenaustrittsende 10 in dem daran angrenzenden Teil der Schubdüsenverlängerung 12 eine in Triebwerkslängsrichtung schmalife Unterdruckzone, in die von einem Einspritzsystem 14 dosierte Mengen einer Kühlflüssigkeit unter Druck, z.B. Preon, an in Dusenumfangsrichtung verteilten Stellen der Schubdüsenverlängerung 12 eingespritzt wer-

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den, HTB. dadurch "unter Ausnutzung des Coandaeffektes eine Strahlablenkung in der Schubdüsenverlängerung 12 und somit eine Nick- und G-iermomentensteuerung sowie auf die weiter unten beschriebene Weise auch eine Rollmomentensteuerung zu erhalten.

Zu diesem Zweck sind in dem an das Schubdüsenende 10 angrenzenden leil der Verlängerung 12 vier radial nach innen gerichtete, sich paarweise diametral gegenüberliegende, rippenförmige Flossen 16, 18, 20 und 22 jeweils um 90° versetzt zueinander starr angeordnet und beidseitig jeder Flosse im Bereich des stromaufwärtigen Flossenendes liegen die Einspritz- oder Steueröffnungen 24 A, B, 26 A, B, 28A, B und 30 A, B des Einspritzsystems 14, die jeweils über ein elektrisch betätigtes Schaltventil 32 an eine von einem Vorratstank 34 mit Kühlflüssigkeit unter Druck versorgte Ringleitung 36 angeschissen sind.

Da die Flossen 16 bis 22 von der über die Steueröffnungen 24 bis 30 eingespritzten Kühlflüssigkeit angeströmt und in Radialrichtung verhältnismäßig schmal ausgebildet sind, vor allem aber weil sie in einem Bereich liegen, wo sich die in der Brennkammer 6 erzeugten Reaktionsgase schon weitgehend unter entsprechender Temperatur ab Senkung entspannt haben, sind sie ' "■-■ "_' 16 bis 22 vor unzulässig hohen thermischen Belastungen geschützt.

Hinsichtlich der Nick- und Giermomentensteuerung wirken sich diametral gegenüberliegende Steueröffnungen entgegengesetzt zueinander, so daß es für die - ' Steuerwirkung nur auf die Differenz der jeweils an sich gegenüberliegenden SteuerÖffnungen eingespritzten Steuerfluidmengen ankommt. So wird der Schubdüsenstrahl im Sinne der Pig. 2 nach unten abgelenkt, wenn die an den Steueröffnungen 24A und B gemeinsam eingespritzte Kühlflüssigkeitsmenge höher als die Sinspritzmenge an den Steueröffnungen 28A und B ist. Durch eine entsprechende Steuerung der über die unmittelbar neben jeder Strahlflosse liegenden Steueröffnungen ge-

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meinsam eingespritzten Teilmengen läßt sich somit die -am die Nick- und G-ierachse wirksame Querschubkomponente regulieren»

Zugleich entsteht durch die Kühlflüssigkeitseinspritzung auch eine/DrucRfront, die sich an der der jeweiligen Steueröffnung unmittelbar benachbarten Flossenwand abstützt und somit ein Rollmoment um die Triebwerkslängsachse erzeugt. Sind die jeweils beidseitig jeder Flosse eingespritzten Kühlflüssigkeits-Teilmengen gleich groß, so heben sich die über die Flosse ab-

/in
^ , Ilollrichtung wirksamen Kräfte auf, während das

Strahltriebwerk bei vermehrter Einspritzung über die mit A bezeichneten Steueröffnungen mit einem Rollmoment entgegen dem Uhrzeigersinn und bei vermehrter Einspritzung über die mit B bezeichneten Steueröffnungen mit einem Rollmoment im Uhrzeigersinn beaufschlagt wird.

Die Dosierung der über die einzelnen Steueröffnungen zugeführten Flüssiglceitsmengen wird durch einen Signalgeber 38 gesteuert, durch den die elektrisch betätigten Ventile 32 im Gleichtakt pulsierend, jedoch für eine jeweils individuell bemessene Impulsdauer geöffnet werden. Die über sämtliche Steueröffnungen gemeinsam eingespritzte Kühlflüssigkeitsmenge ist im wesentlichen konstant, und die Größe und Richtung der um die drei Triebwerkshauptachsen erzeugten Steuermomente ist einerseits von der Aufteilung dieser Kühlflüssigkeits-G-esamtmenge auf die vier Strafelflossen 16 bis 22 und andererseits davon abhängig, wie jede Teilmenge nochmals auf die beidseitig jeder Flosse liegenden Steueröffnungen aufgeteilt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Strahltriebwerk für Lenkflugkörper, mit einer Strahlablenkung für den Schub-, insbesondere Überschallstrahl, bei dem die Schubdüse eine an das Düsenaustrittsende anschließende, über das dem Umgebungsdruck entsprechende Expansionsverhältnis hinaus erweiterte Verlängerung aufweist und zur Strahlablenkung jeweils in der gewünschten Ablenkrichtung wirksame Steuerimpulse an in Düsenumfangsrichtung verteilt angeordneten Steueröffnungen eingegeben werden, dadurch g e k e η η ζ eichnet, daß die in eine Randzone am Düsenaustrittsende (10) mündenden Steueröffnungen (24, 26, 28, 30) an ein diese mit Druckgas oder Flüssigkeit als Steuerfluid versorgendes linspritzsystem (14) angeschlossen sind.

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'⁵O otrsliltriebverk n^ch ^nspruch 'J₅ <_: e k e :: η :ϊ ο i c h net durch ceimlstn ii-cf/.'.eriJl'/iöair-s .jriti'.unc nit selekt veränderlicher l"npulsa~uer ^r. der in der 3chubcilsenver~ lünr/erung ("?) nrhe eiern Dilscn-i^stritrscnde (''O) pnrfeordn üteuerörrnuncen (P4, ?6, ?J-~-, 30).

ο Sür"h3.triebv/er]c nach Anspruch '¹ oder P., dadurch c e — ic e η η ξ e i c Ii η e t , ä~.ß d^s 3'!r-euer:cli:j.d eine Druc'-> flüssigkeit, vorsugsv/eisc eir. IV'hlraittel ist.

4. Strrhltriebvrerk nach. Anspruch 3, dadurch .; c \- ο r r - :z e i c h η e t , d?ß in der SchubdüsenverlLlnc-erur.«:· i'^;'":) nahe dem Düsenanstrittsende (IC) vom Steuerfluid cehul-lJ: in den Schubstrahl eintauchende Flossen (16, 18, 20, ?.P) zur zusätzlichen Scliubvektorsteuerunc angeordnet sind.

5. Stre.hltriebv/erk nach Anspruch 4, g g k e η η ξ ο i c h net durch starr angeordnete, sich parrv/eise diarioLrrl gecfenüberliec/ende, r-dirxl nach innen gerichtete I-'lossen (16, IF, 20, 22) in der Schubdüsenverlilngerung (1") und beidseitig im Bereich jeder i'losso anc'eordnete 5 teueröffnuncjen (A, D).

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