DE2921228A1 - Zielsuchkopf fuer einen flugkoerper - Google Patents

Zielsuchkopf fuer einen flugkoerper

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Description

PATENTANWÄLTE Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE - Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST
BÖKENBUSCH41 - D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895
Patentanmeldung
Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH, D-7770 Überlingen/Bodensee Zielsuchkopf für einen Flugkörper
Die Erfindung betrifft einen Zielsuchkopf für einen Flugkörper, enthaltend: einen um eine Drallachse drehbar gelagerten Kreiselrotor, der mit seiner Drallachse mit zwei Freiheitsgraden winkelbeweglich in dem Flugkörper gelagert ist, und eine Zielfeldabtastvorrichtung mit einem auf dem Kreiselrotor angeordneten optischen System und einem zentralen, stillstehenden Detektor.
Ein solcher Zielsuchkopf ist beispielsweise bekannt durch die DE-PS 1 406 578.
Bei dem bekannten Zielsuchkopf ist der Kreiselrotor allseitig winkelbeweglich und um seine Drallachse drehbar auf einem zentralen Stützglied gelagert. Die Lagerung erfolgt beispielsweise mittels einer Kardanrahmenanordnung mit Kugellagern. Der Kreiselrotor trägt eine Zielfeldabtastvorrichtung, die ein optisches System in Form einer gefalteten Spiegeloptik mit einem ringförmigen Hohlspiegel und einem Planspiegel enthält. Ein im Unendlichen liegendes Gesichtsfeld wird durch den Hohlspiegel über den Planspiegel in einer Bildebene abgebildet. In der Bildebene sitzt eine mit dem Kreiselrotor umlaufende Modulationsscheibe (Recticle). Ein auf die Strahlung eines zu
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verfolgenden Ziels ansprechender Detektor ist auf dem zentralen Stützglied angeordnet und wird von der durch die Modulationsscheibe hindurchtretenden Strahlung beaufschlagt. Der Kreiselrotor mit der Zielfeldabtastvorrichtung ist in der Spitze eines Flugkörpers angeordnet, welche durch einen strahlungsdurchlässigen Dom abgeschlossen ist.
Bei dem bekannten Zielsuchkopf ist der Kreiselrotor radial magnetisiert und von einer Ringspule umgeben. Die Signale des Detektors werden verstärkt auf die Ringspule gegeben und erzeugen Momente auf den radial magnetisierten Kreiselrotor, durch welche die Drallachse des Kreiselrotors und damit die optische Achse der Zielfeldabtastvorrichtung auf ein Ziel hinpräzediert und diesem Ziel ständig nachgeführt wird. Die der Ringspule zugeführten Signale beaufschlagen gleichzeitig das Steuerungssystem des Flugkörpers.
Durch den Kreiselrotor wird die Zielfeldabtastvorrichtung von Störbewegungen des Flugkörpers entkoppelt. Es erfolgt eine Ausrichtung der mit einem relativ engen Gesichtsfeld arbeitenden Zielfeldabtastvorrichtung auf ein Ziel und eine ständige Nachführung nach dem Ziel. Die auf die Ringspule und das Steuerungssystem gegebenen Signale sind proportional der Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie im Raum, wie das für eine Proportionalnavigation erforderlich ist. Der Kreiselrotor wird z.B. durch Anblasen mit Druckgas auf seine Betriebsdrehzahl gebracht und läuft dann während des Fluges des Flugkörpers frei aus.
Zielsuchköpfe dieser Art sind vorübergehend hohen Beschleunigungen unterworfen und werden dann verriegelt und abgestützt, um die Beschleunigungskräfte abzuleiten. Die bekannten Konstruktionen mit Kardangelenken und Kugellagern erfordern dabei sehr aufwendige Abstütz- und Entriegelungsvorrichtungen. Die Grenze der Beschleunigungsfestigkeit ist dort erreicht, wo eine
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Abstützung aller Bauelemente und damit Ableitung der Kräfte nicht mehr möglich ist. Bei Kugellagern liegt die Grenze dort, wo die Kugeln in die Laufflächen eingedrückt werden.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Zielsuchkopfes besteht darin, daß die Kardanrahmenanordnung verhältnismäßig viel Raum beansprucht. Dadurch steht für den Detektor nur wenig Raum zur Verfügung.
Die Kardanlager der Kardanrahmenanordnung haben eine nicht vernachlässigbare Reibung. Um bei dieser Reibung noch ausreichende Stabilisierungseigenschaften des Kreiselrotors zu erzielen, ist ein relativ großes Trägheitsmoment und damit ein relativ großes Gewicht des Kreiselrotors erforderlich. Dieses große Gewicht des Kreiselrotors erschwert wiederum die Abstützung gegen hohe Beschleunigungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zielsuchkopf der eingangs definierten Art so auszubilden, daß eine Abstützung des Kreiselrotors bei hohen Beschleunigungen erleichtert wird, für den Detektor mehr Raum zur Verfügung steht und durch Verminderung der Reibung auch bei einem Kreiselrotor mit geringem Gewicht gute Stabilisierungseigenschaften erzielt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
(a) der Kreiselrotor eine konvex-kugelkalottenförmige Mantelfläche aufweist,
(b) diese Mantelfläche von einer im wesentlichen dazu konzentrischen flugkörperfesten, konkav-kugelkalottenförmigen Lagerfläche unter Bildung eines engen Luftspalts umgeben ist und
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(c) in der Lagerfläche Druckgaskanäle münden, über welche Druckgas zur zentrierten, allseits frei drehbaren Luftlagerung des Kreiselrotors in den Luftspalt einleitbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung entfällt die zentrale Kardanrahmenanordnung, wodurch in der Mitte mehr Raum z.B. für den Detektor zur Verfügung steht. Die Lagerung erfolgt über ein Gaslager, wodurch die Reibung vermindert wird. Es können somit auch bei Verwendung eines kleineren und leichteren Kreiselrotors die geforderten Stabilisierungseigenschaften über die gesamte Flugphase hinweg erzielt werden. Da sich die Kugelradien von Mantel- und Lagerfläche nur sehr wenig unterscheiden, kommt der Kreiselrotor bei hohen Beschleunigungungen mit seiner Mantelfläche praktisch flächenhaft an der Lagerfläche zur Anlage. Dadurch können die Beschleunigungskräfte über eine relativ große Anlagefläche abgeleitet werden, ohne daß bleibende Verformungen auftreten. Zusätzliche Abstützmechanismen werden nicht benötigt.
Es ist bekannt, den Kreiselrotor eines freien Kreisels als Kugel auszubilden, die in einer hohlkugeligen Lagerfläche unter Bildung eines engen Luftspalts angeordnet ist, wobei in diesen Luftspalt über Druckgaskanäle Druckgas einleitbar ist, welches die Kugel zentriert zu der Lagerfläche hält. Die Kugel rotiert um eine Drallachse. Sie ist außerdem mit ihrer Drallachse relativ zu der Lagerfläche frei winkelbeweglich (FR-PS 1 501 166) Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich nicht um einen Zielsuchkopf sondern um einen Lagekreisel für Navigationszwecke, bei welchem die Lage der Drallachse als Referenzrichtung abgegriffen wird.
Dabei ist die vollständig kugelförmige Ausbildung des Kreiselrotors ein wesentliches Merkmal. Es darf dort auch keine Abstützung des Kreiselrotors auf der Lagerfläche bei hohen Beschleunigungen erfolgen.
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S' -
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die einen Längsschnitt durch die Spitze eines Flugkörpers mit einem Zielsuchkopf zeigt.
Ein Flugkörper 10 weist an seiner Spitze einen für die ausgenutzte Strahlung, z.B. für infrarote Strahlung, durchlässigen Dom 12 auf, hinter welchem ein Zielsuchkopf 14 angeordnet ist. Der Zielsuchkopf 14 enthält einen um eine Drallachse 16 drehbar gelagerten Kreiselrotor 18, der mit seiner Drallachse 16 mit zwei Freiheitsgraden winkelbeweglich in dem Flugkörper 10 gelagert ist. In der Darstellung der Figur fällt die Drallachse 16 mit der Flugkörperlängsachse 20 zusammen. Weiterhin enthält der Zielsuchkopf 14 eine Zielfeldabtastvorrichtung mit einem auf dem Kreiselrotor 18 angeordneten optischen System 22 und einem zentralen Detektor 24, der stillstehend auf einem Stützglied 26 angeordnet ist. Der Kreiselrotor 18 weist eine konvex-kugelkalottenförmige Mantelfläche 28 auf. Diese Mantelfläche 28 ist von einer dazu konzentrischen, flugkörperfesten, konkav-kugelkalottenförmigen Lagerfläche 30 unter Bildung eines engen Luftspaltes 32 umgeben. In der Lagerfläche 30 münden Druckgaskanäle 34,36 über welche Druckgas zur zentrierten, allseits frei drehbaren Luftlagerung des Kreiselrotors in den Luftspalt einleitbar ist. Der Kreiselrotor 18 ist ringförmig ausgebildet, und der Detektor 24 ist innerhalb des zentralen Durchbruchs 38 des Kreiselrotors 18 stillstehend im Krümmungsmittelpunkt der Lagerfläche 3O angeordnet.
Die Zielfeldabtastvorrichtung enthält das optische System 22 in Form einer gefalteten Spiegeloptik mit einem ringförmigen Parabolspiegel 40 und einem Planspiegel 42, wobei ein im
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ünendlichen liegendes Gesichtsfeld durch den Parabolspiegel über den Planspiegel 42 in der Ebene des Detektors 24 oder einer vor dem Detektor sitzenden Modulationsscheibe abgebildet wird. Der Parabolspiegel 40 ist dabei von der zielseitigen Stirnfläche des massiven Kreiselrotors 18 gebildet.
Der Kreiselrotor 18 weist einen mit dem zentralen Durchbruch versehenen, den Parabolspiegel 40 bildenden Mittelteil 44 von ringscheibenartiger Grundform und einen die konvex-kugelkalottenförmige Mantelfläche 28 bildenden Außenteil 46 von hülsenartiger Grundform auf, der zu beiden Seiten axial über den Mittelteil hinausragt. Die Druckgaskanäle münden in der Lagerfläche 30 in zwei Kränzen 34 und 36, die im wesentlichen symmetrisch zu der Radialmittelebene 47 der Lagerfläche 30 angeordnet sind. Der Mittelteil 44 bildet auf der einen Seite den Parabolspiegel 40, an den sich eine zylindrische Innenfläche 48 des Außenteils 46 anschließt. Auf der anderen Seite bildet der Mittelteil 44, anschließend an den Durchbruch 38 eine kegelstumpfförmige Fläche 50, an welche sich eine zylindrische Innenfläche 52 des Außenteils 46 anschließt. Die Abmessungen sind so gewählt, daß der Massemittelpunkt des Kreiselrotors 18 einschließlich des Planspiegels 42 im Krümmungsmittelpunkt der konvex-kugelkalottenförmigen Mantelfläche 28 liegt.
Durch den hülsenartigen Außenteil wird die Masse des Kreiselrotors 18 nach außen verlagert, so daß daß sich bei vorgegebener Gesamtmasse eine Erhöhung des Trägheitsmoments ergibt. Auch ergibt sich eine relativ große Mantelfläche 28, über welche der Kreiselrotor 18 abgestützt wird. Der Durchmesser der Innenfläche 52 ist etwas kleiner als der der Innenfläche 48, und die Fläche 50 erstreckt sich axial etwas weiter als der Parabolspiegel 40, so daß die größere Masse des Kreiselrotors 18 auf der rückwärtigen Seite die Masse des zielseitig angeordneten Planspiegels 42 und seiner Halterung kompensiert
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und der Masseschwerpunkt des Kreiselrotors 18 mit Planspiegel 42 im Krümmungsmittelpunkt der Mantelfläche 28 liegt.
Die Lagerfläche 30 ist in einer sich senkrecht zur Flugkörperachse 20 erstreckenden Zwischenwand 54 vorgesehen. Die Zwischenwand 54 enthält symmetrisch zu der Radialxnittelebene um die Längsachse 20 herum ein Paar von Ringkanälen 56,58, die mit einem Druckgaszufuhrkanal 60 in Verbindung stehen. Die Druckgaskanäle 34 und 36 sind von Radialbohrungen gebildet, welche sich von der Lagerfläche zu den Ringkanälen 56,58 erstrecken. Der Flugkörper 10 weist zielseitig von der Zwischenwand 54 den die Spitze des Flugkörpers 10 bildenden, strahlungsdurchlässigen Dom 12 auf. Dieser bildet mit der Zwischenwand 54 eine Kammer 64. In der Zwischenwand 54 ist wenigstens ein Längskanal 66 zum Abführen des Druckgases vorgesehen, welches aus den Druckgaskanälen 34 über den Luftspalt 3 2 zwischen Mantelfläche 28 des Kreiselrotors 18 und Lagerfläche 30 in die Kammer 64 strömt, wie durch die Pfeile 68 angedeutet ist. Das Gehäuse des Flugkörpers 10 weist rückwärts von der Zwischenwand 54 seitliche Austrittsöffnungen 70 für das Druckgas auf, welches durch den Längskanal 66 oder, wie durch die Pfeile 72 angedeutet ist, von den Druckgaskanälen 36 durch den Luftspalt 32 zur rückwärtigen Seite der Zwischenwand 54 strömt.
Bei dem beschriebenen Zielsuchkopf erfolgt die Lagerung des Kreiselrotors 18 über ein Luftlager mittels der Lagerfläche 30. Dieses Luftlager gestattet sowohl den reibungsarmen Umlauf des Kreiselrotors 18 um seine Drallachse 16 als auch die allseitige, winkelmäßige Ausrichtung der Drallachse 16 auf das Ziel relativ zu dem Flugkörper 10. Die Lagerfläche 30 dient gleichzeitig zur Abstützung des Kreiselrotors 18 bei hohen Beschleunigungen und nicht-wirksamem Luftlager, wobei eine im wesentlichen flächenhafte Anlage des Kreiselrotors 18 an der Lagerfläche 30 erfolgt, so daß hohe Beschleunigungen ohne bleibende Verformung der Teile aufgenommen werden können.
Die Ausrichtung des Zielsuchkopfes 14 auf das Ziel kann in bekannter Weise, z.B. nach Art der DE-PS 14 06 578, erfolgen.
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Claims (7)

Patentansprüche
1. Zielsuchkopf für einen Flugkörper, enthaltend:
einen um eine Drallachse drehbar gelagerten Kreiselrotor, der mit seiner Drallachse mit zwei Freiheitsgraden winkelbeweglich in dem Flugkörper gelagert ist, und eine Zielfeldabtastvorrichtung mit einen auf dem Kreiselrotor angeordneten optischen System und einem zentralen, stillstehenden Detektor,
dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Kreiselrotor (18) eine konvex-kugelkalottenförmige Mantelfläche (28) aufweist,
(b) diese Mantelfläche (28) von einer im wesentlichen dazu konzentrischen flugkörperfesten, konkav-kugelkalottenförmigen Lagerfläche (30) unter Bildung eines engen Luftspalts (32) umgeben ist und
(c) in der Lagerfläche (30) Druckgaskanäle (34,36) münden, über welche Druckgas zur zentrierten, allseits frei drehbaren Luftlagerung des Kreiselrotors (18) in den Luftspalt (32) einleitbar ist.
2. Zielsuchkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
(d) der Kreiselrotor (18) ringförmig ausgebildet ist und
(e) ein Detektor (24) der Zielfeldabtastvorrichtung stillstehend im Krümmungsmittelpunkt der Lagerfläche (30) angeordnet ist.
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3. Zielsuchkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
(f) die Zielfeldabtastvorrichtung ein optisches System (22) in Form einer gefalteten Spiegeloptik mit einem ringförmigen Parabolspiegel (40) und einem Planspiegel (42) enthält, wobei ein im Unendlichen liegendes Gesichtsfeld durch den Parabolspiegel (40) über den Planspiegel (42) in der Ebene des Detektors (24) oder einer vor dem Detektor angeordneten Modulationsscheibe abgebildet wird, \χηά
(g) der Parabolspiegel (40) von der zielseitigen Stirnfläche des massiven Kreiselrotors (18) gebildet ist.
4. Zielsuchkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
(h) der Kreiselrotor (18) einen mit einem zentralen Durchbruch (38) versehenen, den Parabolspiegel (40) bildenden Mittelteil (44) von ringscheibenartiger Grundform und einen die konvex-kugelkalottenförmige Mantelfläche (28) bildenden Außenteil (46) von hülsenartiger Grundform aufweist, der zu beiden Seiten axial über den Mittelteil (44) hinausragt, und
(i) die Druckgaskanäle in der Lagerfläche (30) in zwei Kränzen (34,36) münden, die im wesentlichen symmetrisch zu der Radialmittelebene (47) der Lagerfläche (30) angeordnet sind.
5. Zielsuchkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
(j) die Lagerfläche (30) in einer sich senkrecht zur Flugkörperlängsachse (20) erstreckenden Zwischenwand (54) vorgesehen ist,
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(k) die Zwischenwand (54) im wesentlichen symmetrisch zu der Radialmittelebene (47), um die Längsachse (20) herum ein Paar von Ringkanälen (56,58) enthält, die mit einem Druckgaszufuhrkanal (60) in Verbindung stehen, und
(1) die Druckgaskanäle (34,36) von Radialbohrungen gebildet sind, welche sich von der Lagerfläche (30) zu den Ringkanälen (56,58) erstrecken.
6. Zielsuchkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
(m) der Flugkörper (10) zielseitig von der Zwischenwand
(54) einen die Spitze des Flugkörpers (10) bildenden, strahlungsdurchlässigen Dom (12) aufweist,
(η) in der Zwischenwand (54) Längskanäle (66) zum Abführen des Druckgases vorgesehen sind, welches aus den Druckgaskanälen (34,36) über den Luftspalt (32) zwischen Mantelfläche (28) des Kreiselrotors (18) und Lagerfläche (30) in die von dem Dom (12) und der Zwischenwand (54) gebildete Kammer (64) strömt, und
(o) das Gehäuse des Flugkörpers (10) rückwärts von der Zwischenwand (54) seitliche Austrittsöffnungen (70) für das Druckgas aufweist.
7. Zielsuchkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Massemittelpunkt des Kreiselrotors (18) im Krümmungsmittelpunkt der konvex-kugelkalottenförmigen Mantelfläche (28) liegt.
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