DE3016427A1 - Antrieb, insbesondere zum betaetigen von beweglich bzw. schwenkbar angeordneten strahlrudern oder schubduesen fuer raketentriebwerke - Google Patents
Antrieb, insbesondere zum betaetigen von beweglich bzw. schwenkbar angeordneten strahlrudern oder schubduesen fuer raketentriebwerkeInfo
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- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
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- F15B15/12—Characterised by the construction of the motor unit of the oscillating-vane or curved-cylinder type
- F15B15/125—Characterised by the construction of the motor unit of the oscillating-vane or curved-cylinder type of the curved-cylinder type
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
- F42B10/60—Steering arrangements
- F42B10/66—Steering by varying intensity or direction of thrust
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Description
- Antrieb, insbesondere zum Betätigen von beweglich bzw.
- schwenkbar angeordneten Strahlrudern oder Schubdüsen für Raketentriebwerke Antriebe für Strahlruder von Raketentriebwerken zur Steuerung und Korrektur der Flugbahn von Flugkörpern sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Dabel greifen die am Ende der Schubdüse über deren Umfang verteilten schwenkbar angeordneten Strahlruder unsymmetrisch in den Schubstrahl ein und rufen dabei -Querkräfte hervor. Durch die hohe thermische Belastung, denen die Strahlruder und deren Antrieb ausgesetzt sind und mit Rücksicht auf die schnellen Frequenzen, mit denen die Ouerruder arbeiten müssen, treten erhebliche Probleme auf, die nicht ohne weiteres beherrschbar sind. Wie z.B. die US-PS 3 020 714 zeigt, sind hier zum Betätsigen der einzelnen Strahlruder, unabhängig voneinander, einzelne Stellantriebe vorgesehen, die im wesentlichen aus einem hydraulischen Arbeitszylinder mit doppelt wirkenden Kolben und aus einem Gestänge bestehen, das den Stellzylinder mit dem Strahlruder kinematisch koppelt. Ein Mangel dieser Konzeption ist insbesondere darin zu sehen, daß solche Gestänge, bestehend aus Schubstange, Koppelstange und Gelenken, mit Rücksicht auf die gegebenen hochfrequenten Lastwechsel mechanisch störanfällig sind und auch aufgrund der vielen Laufspiele nicht exakt genug arbeiten.
- horner offenbart die US-PS 3 245 G20 ein Steuerungssystem itir leaketentriebwer]-e von Flugkörpern, das aus einem kreisenden Flachschieber besteht, der auf einem Teilkreis angeordnete einzelne Schubdüsen abwechselnd steuert0 Der Flachschieber wird zentral über eine Welle von einem Schneckengetriebe betätigt0 Dieser Antrieb weist den Nachteil auf9 daß er für den vorgesehenen Verwendungszweck ein relativ hohes Baugewicht aufweist und seine hohen Reibungskräfte große Antriebsleistungen fordern, Die US-PS 2 694 898 beinhaltet eine Schubvektorsteuerund, bei der die einzelnen Strahlruder elektrommagne tisch betätigt und durch Federkraft in ihre Wirkstellung gebracht werden Solche elektro-magnetische Antriebssysteme erfordern listen= und gewichtsmäßdg einen relativ hohen Bau- und Energieaufwand0 Es ist Aufgabe der Erfindung9 einen mechanischen Antrieb zu schaffen9 der bei geringem Bauvolumen konstruktiv einfach und gewichtsmäßig leicht ist sowie funktionell schnell arbeitet und nicht störanfällig ist, Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung speziell darin, einen solchen mechanischen Antrieb zu konzipieren, der für die genannten bevorzugten Anwendungsfälle9 insbesondere Strahlruderbetätigung und Schwenken von Ralcetenschub düsen 9 funktionell besonders prädestiniert ist und hier einen kompakten und thermisch geschützten Einbau erlaubt Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch einen insbesondere beweglich angeordneten Ringsektor als Arbeitszylinder9 in dem ein insbesondere feststehender Abdichtkolben mit abgekrümmter Kolbenstange angeordnet ist 9 wobei die auftretenden Lagerkräfte mittels einer Gleit-oder Wälzlagerung über den Arbeitszylinder oder die Kolbenstange auf das Maschinengehäuse übertragen werden In Ausgestaltung hierzu erfolgt erfindungsgemäß der4 Zu- und Rücklauf des Antriebsmediums zum bzw. vom Arbeitszylinder durch die einen Zu- bzw. Rücklaufkanal aufweisende Kolbenstange.
- Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zwei Kolbenstangen mit Abdichtkolben zu einer Kolbengabel mit einer Gabelstange zusammengefaßt sind und die beiden Kolbenstangen mit den jeweiligen Abdichtkolben innerhalb zweier spiegelbildlich zueinander liegender Arbeitszylinder angeordnet sind.
- Ausgestaltend hierzu ist durch die Gabelstange für jeden Arbeitszylinder je ein Zu- bzw. Rücklaufkanal für das Antriebsmedium geführt.
- Eine weitere Ausführungsform im Rahmen der Erfindung besteht aus zwei in zwei übereinanderliegenden Ebenen angeordneten, insbesondere beweglichen Ringsektoren als Arbeitszylinder, die jeweils insbesondere feststehende Abdichtkolben einschließen und die in bezug auf eine Symmetrieebene, welche gleichzeitig die Nullstellung für eine anzutreibende Einrichtung, insbesondere ein Strahlruder bildet, spiegelbildlich einander gegenüberliegen.
- Eine besondere Anordnung des erfindungsgemäßen Antriebs bei der Verwendung für Strahlruder von Raketentriebwerken liegt darin, die Antriebe vor dem hinteren Ende der Schubdüse am Außenumfang derselben vorzusehen, derart, daß die gekrümmten Längsachsen der beweglichen Arbeitszylinder und die gekrümmten Längsachsen der feststehenden Kolbenstangen mit Abdichtkolben in bezug auf die Schubdüse nach vorne gekrümmt sind und die Krümmungsebenen jeweils senkrecht zu den Schwenkachsen der Strahlruder liegen, die mittelbar oder unmittelbar starr mit den Arbeitszylindern verbunden sind, welche über eine formschlüssige Lagerung schwenkbar im Maschinengehäuse angeordnet sind.
- Die Erfindung manifestiert eine Kompaktbauweise, bei welcher der Antrieb und das angetriebene Element, z.B.
- ein Strahlruder baulich und antriebsmäßig integriert sind, d.h. der Antrieb erfolgt ohne Zwischenglieder direkt auf das Strahlruder. Dabei liegen sowahl die Antriebsglieder als auch die Lagerung außerhalb der thermischen Belastungszone.
- Eine besonders raumsparende Anordnung elnes erfindungsgemäßen Antriebs zum Schwenken der Schubdüse eines Raketentriebwerks besteht darin, den oder die Antriebe außen am Schubdüsengehäuse im Bereich des Düsenhalses vorzusehen und die gekrümmten Längsachsen der beweglichen Arbeitszylinder und die Längs achsen der feststehenden Kolbenstangen mit den Abdichtkolben vom Triebwerk aus betrachtet nach hinten zu krümmen und die Arbeitszylinder unmittelbar fest mit dem Raketengehäuse zu verbinden und gegenüber dem Maschinengehäuse über eine Lagerung, insbesondere ein Wälzlager, abzustützen.
- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen Figo 1 einen Antrieb im Schnitt längs der Arbeitszylinder und Arbeitskolben, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Antrieb zur Betätigung von Strahlrudern bei Raketentriebwerken, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der FigO 3 Fig. 5 die Gesamtansicht der einzelnen Antriebe gemäß Fig. 3 in Pfeilrichtung V, Fig. 6 einen modifizierten Antrieb für Strahlruder von Raketentriebwerken, Fig. 7a einen Schnitt nach der Linie VIIa-VIIa der Fig. 6, Fig. 7b einen Schnitt nach der Linie VIIb-VIIb der Fig. 6 und Fig. 8 einen weiteren Anwendungsfall des vorgeschlagenen Antriebs.
- Nach den Fig. 1 und 2 besteht der Antrieb einerseits im wesentlichen aus einer Kolbengabel 1 mit zwei gekrümmten Kolbenstangen 2 und 3, die Abdichtkolben Kl und K2 tragen.
- Eine Gabelstange 4 verbindet die beiden Kolbenstangen 2 und 3. Andererseits besteht der Antrieb aus zwei Ringsektoren als Arbeitszylinder Z1 und Z2 mit Zylinderböden 5 und 6. Die beiden Arbeitszylinder Z1 und Z2 werden konstruktiv von einem unteren und oberen Bauteil 7 bzw. 8 gebildet. Das Arbeitsmedium, vorzugsweise ein hydraulisches oder pneumatisches Druckmittel, wird den beiden Arbeitszylindern ZI und Z2 über Zulaufkanäle 9 und 1Q zugeführt, über die nach dem jeweiligen Arbeitstakt das drucklos gewordene Arbeitsmedium auch wieder zurückströmt.
- Die Kolbengabel 1 ist mit dem Gehäuse fest verbunden, während die Arbeitszylinder ZI und Z2 Pendelbewegungen ausführen und dabei die zu betätigende Einrichtung antreiben.
- In den Figuren 3 bis 5 sind erfindungsgemäße Antriebe für vier Strahlruder 11 gezeigt, die in den Schubstrahl S einer Schubdüse 12 zur Schubvektorsteuerung für einen Flugkörper eingreifen. Auch hier sind die beiden gekrümmten Arbeitszylinder Z3 und Z4 beweglich, doh.
- schwenkbar gelagert und laufen auf Gleitlager G1, Wie insbesondere die Fig. 3 zeigt, umgreift das Gleitlager Gl die Arbeitszylinder Z3 und Z4 formschlüssig und über tragen die auftretenden Kräfte auf das Maschinengehäuse Mg. Am vorderen Ende der gekrümmten Kolbenstangen 2 und 3 sind Abdichtkolben K3 und K4 vorgesehen. Ein gemeinsamer Zylinderboden ist mit 5, 6 bezeichnet. Die gekrümmten Längsachsen L der beiden Arbeitszylinder Z3 und Z4 fallen mit den gekrümmten Längsachsen L der Kolbenstangen 2 und 3 zusammen, wobei in bezug auf das Triebwerk die Krümmung nach vorne gerichtet ist. Jeweils durch den Krümmungsmittelpunkt M verläuft die Schwenkachse A des jeweiligen Strahlruders 11, jeweils senkrecht zur Krümmungsebene Eo Die Figuren 6, 7a und 7b zeigen zum Antrieb eines jeden Strahlruders 11 jeweils zwei bewegliche Arbeitszylinder Z5 und Z6 und jeweils zwei Abdichtkolben K5 und K6 in zwei Ebenen E übereinanderliegend in einem gemeinsamen Zylinderblock 7, 8 angeordnet, wobei jeweils der Arbeitszylinder Z5 und der Abdichtkolben K5 spiegelbildlich zum Arbeitszylinder Z6 und zum Abdichtkolben K6 vorgesehen ist. Die gemeinsame Symmetrieebene SE bildet gleichzeitig die Nullstellung für das jeweilige Strahlruder 11.
- In Figur 8 ist der Antrieb einer schwenkbaren Schubdüse 13 durch einen Antrieb der erfindungsgemäßen Art dargestellt, der raumsparend außen im Bereich des Düsenhalses angeordnet ist, wobei die Krümmung der Längsachsen L der Arbeitszylinder Z7 und Arbeitskolben K7 in bezug auf das Triebwerk nach hinten gerichtet ist. Die auftretenden Lagerkräfte werden durch ein Wälzlager Wl auf das Maschinengehäuse Mg übertragen.
Claims (1)
- Antrieb, insbesondere zum Betätigen von beweglich bzwe schwenkbar angeordneten Strahirudern oder Schubdüsen für Raketentriebwerke Patentansprüche 1. Antrieb, insbesondere zum Betätigen von beweglich bzw schwenkbar angeordneten Strahirudern oder Schubdüsen für Raketentriebwerke, g e k e n n z e i c h n e t durch einen insbesondere beweglich angeordneten Ringsektor als Arbeitszylinder (Z1 bzw. Z2 bzw. æ3 bzw. Z4 bzw, Z5 bzw. Z6 bzw. Z7), in dem ein insbesondere fest stehender Abdichtkolben (K1 bzw. K2 bzw. K3 bzw. K4 bzwo K5 bzw0 Kb bzw. K7) mit abgekrümmter Kolbenstange (2 bzw0 3) angeordnet ist, wobei die auftretenden LagerS kräfte mittels einer Gleit- oder Wälzlagerung (G1 oder W1) über den Arbeitszylinder (Z1 Z2 ... Z7) oder die Kolbenstange (2 bzw0 3) auf das Maschinengehäuse (M) übertragen werden0 2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch g e k ein n -z e i c h n e t , daß der Zulauf und Rücklauf des Antriebsmediums zum bzw. vom Arbeitszylinder (Z1 bis Z7) durch die einen Zu- bzw. Rücklaufkanal (9 bzw. 10 aufweisende Kolbenstange (2 bzw. 3) erfolgt.3. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zwei Kolbenstangen (2 und 3) mit Abdichtkolben (K1 und K2) zu einer Kolbengabel (1) mit einer Gabelstange (4) zusammengefaßt sind und die beiden Kolbenstangen (2 und 3) mit den jeweiligen Abdichtkolben (K1 und K2) innerhalb zweier spiegelbildlich zueinander liegender Arbeitszylinder (Z1 und Z2) angeordnet sind.4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß durch die Gabelstange (4) für jeden Arbeitszylinder (Zl und Z2) je ein Zu- bzw. Rücklaufkanal (9 bzw. 10) für das Antriebsmedium geführt ist.5. Antrieb nach Anspruch 1 und 2, g e k e n n z e i c h -n e t durch zwei in zwei übereinanderliegenden Ebenen (E) angeordnete, insbesondere bewegliche Ringsektoren als Arbeitszylinder (Z5 und Z6) die jeweils insbesondere feststehende Abdichtkolben (K5 und K6) einschliessen und in bezug auf eine Symmetrieebene (SE), welche gleichzeitig die Nullstellung für eine anzutreibende Einrichtung, insbesondere ein Strahlruder (11) bildet, spiegelbildlich einander gegenüberliegen.6. Antriebe zum Betätigen der Strahlruder von Raketentriebwerken, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Antriebe vor dem hinteren Ende der Schubdüse (12) am Außenumfang derselben angeordnet sind, derart, daß die gekrümmten Längsachsen (L) der beweglichen Arbeitszylinder (Z3 bzw. Z4 bzw. Z5 bzwe Z6) bzw. die Längsachsen (L) der feststehenden Kolbenstangen (2 bzw0 3) mit Abdichtkolben (K3 bzw. K4 bzw. K5 bzw. K6) in bezug auf die Schubdüse (12) nach vorne gekrümmt sind und die Knimw mungsebenen (E) jeweils senkrecht zu den Schwenkachsen (A) der einzelnen Strahlruder (11) liegen9 die mittelbar oder unmittelbar starr mit den Arbeitszylindern (Z3 bis Z6) verbunden sind, welche über eine formschlüssige Lagering9 insbesondere eine Gleitlagerung (G1), schwenkbar im Maschinengehäuse (Ng)angeordnet sind0 7o Antrieb bzw. Antriebe zum Betätigen der Schubdüse von Raketentriebwerken nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der oder die Antriebe außen an der Schubdüse (13) im Bereich des Düsenhalses (14) vorgesehen sind und daß die gekrümmten Längsachsen (L) der beweglichen Arbeitszylinder (Z7) und die Längsachsen (L) der feststehenden Kolbenstangen (2 bzw. 3) mit den Abdichtkolben (K7) vom Triebwerk aus betrachtet nach hinten gekrümmt sind und die Arbeitszylinder (Z7) fest mit der Schubdüse (13) verbunden und gegenüber dem Maschinengehäuse (MU)über eine Lagerung, insbesondere ein Wälzlager (W1), beweglich abgestützt sind.
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- 1980-04-29 DE DE19803016427 patent/DE3016427A1/de not_active Withdrawn
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