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Flugkörper
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Die Erfindung betrifft allgemein einen Flugkörper und bezieht sich
insbesondere auf einen Flugkörper mit einem Entenleitwerk.
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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.
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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.
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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.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren
niedergelegten Merkmale.
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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.
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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.
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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.
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(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.
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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).
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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.
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Aus den Figuren 1, 2, 3 und 4 (paarweise gesehen, d.h. Fig.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.