DE3047389A1 - Flugkoerper - Google Patents

Flugkoerper

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DE3047389A1
DE3047389A1 DE19803047389 DE3047389A DE3047389A1 DE 3047389 A1 DE3047389 A1 DE 3047389A1 DE 19803047389 DE19803047389 DE 19803047389 DE 3047389 A DE3047389 A DE 3047389A DE 3047389 A1 DE3047389 A1 DE 3047389A1
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DE
Germany
Prior art keywords
missile
canard
duck
stabiliser
control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19803047389
Other languages
English (en)
Inventor
Girard H. 85705 Tucson Ariz. Rapp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motorola Solutions Inc
Original Assignee
Motorola Inc
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Publication date
Application filed by Motorola Inc filed Critical Motorola Inc
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42AMMUNITION; BLASTING
    • F42BEXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00Means 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
    • F42B10/60Steering arrangements
    • F42B10/62Steering by movement of flight surfaces
    • F42B10/64Steering by movement of flight surfaces of fins

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

  • Flugkörper
  • Die Erfindung betrifft allgemein einen Flugkörper und bezieht sich insbesondere auf einen Flugkörper mit einem Entenleitwerk.
  • ns ist allgemein bekannt, daß bei einem Flugkörper, welcher ein im vorderen Bereicb ngebrachtes Entenleitwerk aufweist, auf die rückwärtigen Iragflächen durch Wirbel-Effekte nachteilige Einflüsse ausgeübt werden.
  • Insbesondere bei der Einleitung einer Rollbewegung können in verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen erhebliche Probleme auftreten, weil das Verhalten der Steuerung des Flugkörpers in unkontrollierbarer Weise sich sprunghaft ändern kann.
  • Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, einen Flugkörper der eingangs näher genannten Art zu schaffen, welcher bei besonders geringem Gewicht und sehr geringem Widerstand ein besonders günstiges Steuerverhalten zeigt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.
  • Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß durch die erfindungsgemäBe Verminderung der Spannweite von rückwärtigen Tragflächen zugleich erhebliche Kosten eingespart werden können, während gleichwohl außer einem verbesserten Steuerverhalten das Gewicht und der Widerstand vermindert werden können. Auf diese Weise kann gemäß der Erfindung nicht nur das Steuerverhalten erheblich verbessert werden, sondern es kann zugleich damit auch die Reichweite und/oder die Geschwindigkeit des erfindungsgemäßen Flugkörpers erhöht werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen: Fig. 1 A in einer Seitenansicht den Wirbeleffekt von Entenleitflächen auf die rückwärtigen Tragflächen, Fig. 1 B eine Rückansicht des in der Fig. 1 A dargestellten Flugkörpers unter denselben Bedingungen wie in der Fig. 1 A, Fig. 2 A in einer Seitenansicht den in der Fig. 1 A dargestellten Flugkörper mit einem größeren Anstellwinkel, Fig. 2 B eine Rückansicht des in der Fig. 2 A dargestellten Flugkörpers bei denselben Bedingungen wie in der Fig. 2 A, Fig. 3 A in einer Seitenansicht den in der Fig. 1 A dargestellten Flugkörper mit kleinerem Anstellwinkel, jedoch mit einer identischen positiven Auslenkung der als Höhenruder dienenden Entenleitflächen, Fig. 3 B eine Rückansicht des in der Fig. 3 A dargestellten Flugkörpers, Fig. 4 A in einer Seitenansicht den in der Fig. 1 A dargestellten Flugkörper, jedoch unter den Bedingungen des kleineren Anstellwinkels und mit einer Auslenkung der als Querruder dienenden Entenleitflächen, welche eine positive Rollbewegung (im Uhrzeigersinn) herbeiführt, Fig. 4 B eine Rückansicht des in der Fig. 4 A dargestellten Flugkörpers, Fig. 5 A eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Flugkörpers unter den in den Figuren 4 A und 4 B dargestellten Bedingungen und Fig. 5 B eine Rückansicht des in der Fig. 5 A dargestellten Flugkörpers.
  • Flugkörper, welche zum Zwecke der Steuerung oder Lenkung im vorderen Bereich angebrachte Leitflächen aufweisen, die auch als Entenleitflächen bezeichnet werden, sind im allgemeinen nachteiligen Wirkungen auf die rückwärtigen Tragflächen ausgesetzt, die aus nicht gleichmaßig wirkenden Wirbelkräften resultieren, welche durch die vorderen Leitflächen hervorgerufen werden. Flugkörper mit Entenleitwerken haben besonders einzigartige aerodynamische Eigenschaften. Zu diesen Eigenschaften gehört nicht nur eine starke Nichtlinearität, es können vielmehr auch Steuereigenschaften auftreten, die nicht erwünscht sind. Wenn die vorderen Leitflächen 12 und 14, die nachfolgend kurz Entenleitflächen genannt werden, in bezu auf die Strömungsrichtung V geneigt werden, werden Wirbel erzeugt, und breiten sich über die rückwärtigen Tragflächen 18 aus. Bei kleinen Anstellwinkeln oL , bei welchen kein Ausschlag der Leitflächen erfolgt (siehe Fig. 1 A und 1 B), sind die Einflüsse solcher Wirbel nicht besonders stark.
  • (Es sei darauf hingewiesen, daß in den Rückansichten der Figuren 1 B, 2 B, 3 B, 4 B und 5 B bei der Veranschaulichung der Wirbelstrecken 22 und 24 frei verfahren würde. Die Strömungslinien sind in Wirklichkeit nicht nach unten gerichtet, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, sie würden jedoch bei einer Darstellung gemäß der Wirklichkeit lediglich als einzelne Punkte in diesen Rückansichten erscheinen und wären daher schwja7iger zu interpretieren.) Bei kleinen Anstellwinkeln breiten sich die Wirbel nahe bei den rückwärtigen Tragflächen 18 aus, sind jedoch von geringer Stärke. Bei höheren Anstellwinkeln (siehe Fig. 2 A und 2 B) ist die Wirbelstärke viel größer, der Abstand zwischen den Wirbeln und den rückwärtin Tragflächen 18 ist jedoch auch gewachsen. Wenn die Leitflächen 12 und 14 identisch ailsgelenkt sind (siehe Fig. 3 A und 3 B), beeinflußen sie die rückwärtige Tragfläche 18, jedoch symmetrisch (die Belastung der linken und der rechten rückwärtigen Tragfläche 18 ist identisch). Unter allen diesen Bedingungen sind die nachteiligen Auswirkungen der vorderen Leitflächen minimal oder lassen sich leicht korrigieren.
  • Wenn jedoch eine Rollbewegung eingeleitet werden soll, müssen die vorderen Leitflächen 12 und 14 unterschiedlich ausgelenkt werden (wie bei einem Querruder), und die vorher gültigen Argumente sind nicht mehr anzuwenden (siehe Fig. 4 A und 4 B).
  • Wenn ein Querruder betätigt wird, werden nicht symmetrische Wirbel 22 und 24 erzeugt und wirken auf die Tragflächen 18, und zwar jeweils unterschiedlich auf der rechten bzw. linken Seite des Flugkörpers. Windkanal-Unte suchungen haben gezeigt, daß Flugkörper, welche rückwärtige Tragflächen 18 aufweisen, die eine Spannweite haben, welche gleich oder größer ist als die Spannweite der Entenleitflächen 12 und 14, eine unzureichende Steuerbarkeit für eine Rollbewegung zeigen. Bei einigen Konfigurationen ist es sogar zu einem Rollverhalten gekommen, welches bei einigen Mach-Zahlen völlig umgekehrt war. Dies bedeutet, daß eine positive Auslenkung der Querruder zu negativen Rollmomenten führt, jedoch nicht bei allen Geschwindigkeiten. Deshalb ist das Steuerverhalten schwierig zu beherrschen, und solche Ergebnisse sind unbrauchbar. Die herkömmlichen großen Tragflächen 18 (große Spannweite) haben auch den Widerstand und das Gewicht eines Flugkörpers vergrößert und somit die Reichweite und/oder die Geschwindigkeit vermindert. Es ist versucht worden, diese Probleme dadurch zu überwinden, daß Ringflügel oder sonstige zusätzliche Bauteile verwendet wurden, die jedoch alle dazu beigetragen haben, den Widerstand unc das Gewicht zu erhöhen, so daß dadurch die Leistung nachteilig beeinflußt wurde.
  • Aus den Figuren 1, 2, 3 und 4 (paarweise gesehen, d.h. Fig.
  • 1 A und 1 B usw.) ist zu entnehmen, daS es verschiedene Zustände oder Bedingungen gibt, welche für Flugkörper mit einem Entenleitwerk untersucht werden müssen. Diese Zustandskombinationen sind oben beschrieben. Um diese Zustandskombinationen leichter verständlich werden zu lassen, sind sie in der nachfolgenden Tabelle I übersichtlich dargestellt: Tabelle I Anstell- Linker/ Einfluß des Einfluß des Figuren winkel Rechter linken rechten Entenleit- Wirbels Wirbels flächenstatus auf rückwärtige Tragfläche 1A und 1B klein 0 0/ O ° schwach schwach (auf beide Flächen gleichmäßig) 2A und 2B groß 0 0/ 0 ° stark stark (auf beiden Flächen vernachlässigbar) 3A und 3B klein + #/ + g schwach schwach (auf beide Flächen gleichmäßig) 4A und 4B klein +£f/ - cf stark stark (bewirkt Roll-Verhalten) 5A und 5B klein +#/ - J stark stark (auf beiden Flächen vernachlässigbar) Die Figuren 5 A und 5 B stellen den Flugkörper gemäß der Erfindung unter ungünstigsten Bedingungen bei einem Rollvorgang dar, d.h., bei einem kleinen Anstellwinkel CC und bei einer Auslenkung der als Querruder dienenden Entenleitflächen 12 und 14 (unterschiedliche Auslenkung), welche derart gewählt ist, daß der Flugkörper eine Rollbewegung im Uhrzeigersinn um die Achse 10 ausführen soll. Aus den Figuren 4 A und 5 A ist ersichtlich, daß die linke Entenleitfläche 12 in positiver Richtung ausgelenkt ist (um einen Winkel + J ) und die rechte Entenleitfläche 14 in negativer Richtung ausgelenkt ist (um einen Winkel - g ), um eine positive Rollbewegung herbeizuführen, wie es bei 16 in der Fig. 5 B veranschaulicht ist. (Dieses Ergebnis ist absichtlich in der Fig.
  • 4 B nicht dargestellt, da nicht klar ist, daß eine positive Rollbewegung immer stattfinden würde, wenn eine konventionelle positive Rollsteuerung angewandt wird, indem die Entenleitflächen 12 und 14 gemäß der Darstellung in der Fig. 4 ausgelenkt werden, wenn dabei große Tragflächen 18 mit erheblicher Spannweite nach dem Stand der Technik verwendet werden.) Die erfindungsgemäße Anordnung, welche in den Figuren 5 A und 5 B dargestellt ist, zeigt die Verwendung von Tragflächen 20 mit geringerer Spannweite. Während bei den Wirbelmustern 22 und 24 keine Veränderung auftritt, sind die Auswirkungen auf die Tragflächen 20 jetzt (gemäß der Erfindung) vernachlässigbar im Vergleich zu denjenigen Auswirkungen, die bei Tragflächen 18 mit größerer Spannweite auftreten (siehe Fig. 4 A und 4 B). Eine theoretische Analyse, welche durch Windkanal-Untersuchungen bestätigt ist, läßt erkennen, daß die Rollsteuerung durch unterschiedlich betätigte Entenleitwerke 12 und 14 verbessert wird, wenn die Spannweite der Tragfläche 20 geringer ist als die Spannweite der Entenleitflächen 12 und 14.
  • Wenn beispielsweise die Spannweite der rückwärtigen Tragfläche 20, welche gleich der Spannweite-der vorderen Entenleitflächen 12 und 14 war und etwa 59 Zentimeter betrug, auf etwa 35 Zentimeter vermindert wurde, wurde der Anstellwinkel OL bei maximaler Trimmung vergrößert. Weiterhin wurde die Rollsteuerung positiv und exakt vorhersehbar, wobei die Rollbewegung des Flugkörpers direkt auf eine Bewegung der entsprechenden Steuerleitflächen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn eingeleitet wurde. Jüngste Windkanal-Untersuchungen zeigen, daß eine Spannweite von etwa 45 Zentimeter der rückwärtigen Tragfläche auch möglich ist.
  • Da kleinere rückwärtige Tragflächen 20 nur eine geringere Last tragen, wurde die Dicke der Tragflächen 20 ebenfalls vermindert, so daß dadurch sowohl das Gewicht als auch der Widerstand mehr als proportional zu der Verminderung der Spannweite der Tragfläche 20 vermindert wurden. Die Kosten der Tragfläche wurden dadurch ebenfalls vermindert, während dennoch zugleich eine bessere Leistung erzielt wurde.
  • Während oben nur Wirbel von horizontalen Flächen beschrieben wurden, dürfte ersichtlich sein, daß entsprechende Verbesserungen dadurch erreicht werden können, daß die Spannweite von vertikalen Leitflächen 26 vermindert wird, wie sie in den Figuren 5 A und 5 B bei 28 dargestellt sind.
  • Die gemäß der Erfindung erreichbaren Verbesserungen bei dem Rollverhalten eines Flugkörpers welche im wesentlichen durch eine Verminderung der Spannweite der rückwärtigen Tragflächen im Verhältnis zu der Spannweite der vorderen Leitflächen erzielt wurden, führen insoweit zu einem überraschenden Ergebnis, als nach dem Stand der Technik die Spannweite von Entenleitflächen kürzer gewählt wurde als diejenige von rückwärtigen Tragflächen. Vordere Leitflächen werden allgemein auch dazu verwendet, als Destabi-lisierungsflächen zu dienen, um die Steuerbarkeit zu verbessern. Zu diesem Zweck brauchte das Verhältnis der Spannweite einer solchen vorderen Steuerfläche zu der Spannweite einer rückwärtigen Tragfläche nicht groß zu sein. Derartige Steuerflächen brauchten deshalb nicht groß zu sein, und zwar im Verhältnis zu rückwärtigen Tragflächen, weil sie gemäß den obigen Ausführungen in diesem Falle nur einen ganz speziellen Zweck dienen sollten. Außerdem wird bei kleinen Steuerflächen im allgemeinen das Drehmoment im Gelenk nur verhnltnisriäßig gering sein, so daß verhältnismäßig schwache Antriebsmotoren genügen. Dadurch lassen sich Gewicht und Widerstand einsparen. Rückwärtige Tragflächen sind im allgemeinen verhältnismäßig groß, um eine entsprechende Stabilität oder auch die gewünschten Steuereigenschaften herbeizuführen.

Claims (2)

  1. Patentansprüche Flugkörper mit wenigstens einer Entenleitfläche zur Steuerung des Flugkörpers,tmit wenigstens einer hinter der Entenleitfläche angeordneten Einrichtung, welche dem Flugkörper Stabilität verleiht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spannweite der hinter der Entenleitfläche angeordneten Einrichtung wesentlich geringer ist als die Spannweite der Entenleitfläche.
  2. 2. Flugkörper mit wenigstens einer Entenleitfläche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß eine - in Strömungsrichtung -hinter der Entenleitfläche angeordnete Einrichtung zur Stabilisierung des Flugkörpers eine Spannweite aufweist, welche wesentlich geringer ist als die entsprechende Spannweite der Entenleitfläche.
DE19803047389 1979-12-17 1980-12-16 Flugkoerper Withdrawn DE3047389A1 (de)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0238717A1 (de) * 1986-02-27 1987-09-30 Messerschmitt-Bölkow-Blohm Gesellschaft mit beschränkter Haftung Steuerbarer Flugkörper
DE4337850A1 (de) * 1993-11-05 1995-05-18 Fritz Hausser Flugkörper die an der vorderen Seite die Seitenruder, Querruder und Höhenruder plaziert haben als einzige oder als Verstärkung der hinteren Ruder
DE4438010A1 (de) * 1994-10-25 1996-05-02 Diehl Gmbh & Co Um seine Längsachse eine Rollbewegung ausführender Flugkörper
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CN110316400A (zh) * 2019-07-22 2019-10-11 南京航空航天大学 一种鸭翼布局固定翼无人机直接升力控制方法

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