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Lenkfiugkörper
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Lenkflugkörper mit mind. einer,
zur Schubvektorsteuerung schwenkbeweglich am Flugkörper gelagerten, schub erz eugenden
Schwenkdüse mit zugeordneter Schwenklagensteuerung.
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Zur Schubvektorsteuerung von Lenkflugkörpern ist es bekannt, anstelle
von starren Schubdüsen mit beweglichen, querschuberzeugenden Düsenklappen oder -schaufeln
(G3-PS1541065, DE-AS1196081) im Hinblick auf einen verbesserten Wirkungsgrad bei
erhöhten Schubvektoränderungen Schwenkdüsensysteme zu verwenden (DE-AS1177493, 2809169,
DE-OS2334295). Der Hauptnachteil.derartiger Schwenkdüsensysteme liegt darin, daß
sie sehr leistungsstarke Stellantriebe erfordern, um entgegen den einwirkenden Bremskräften,
also den Reibungskräften der.
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Schwenkdüsenlagerung, den schwenkgeschwindigkeitsabhängigen, vom Schubstrahl
ausgeübten Coriolis-Kräften umS den beschleunigungsabhängigen Grägheitskräften,
hohe Schwenkgeschwindigkeiten zu erzielen. Während fluidische Stellantriebe, die
das die Schwenkdüse antreibende Stellmoment mit Hilfe einer schubstrahlablenkenden
Sekundärinjektion
von fluidischen Steuerimpulsen erzeugen, zu leistungsschwach
und/oder verlustreich arbeiten, sind entsprechende, elektromotorische, hydraulische
oder pneumatische Schwenklagen-Steuersysteme wegen ihres hohen Platzbedarfs und
vor allem auch Eigengewichts für Lenkflugkörperb wo im allgemeinen strenge Gewichtsbeschränkungen
unter beengten Einbauverhältnissen einzuhalten sind, nur begrenzt verwendbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lenkflugkörper der
beanspruchten Art zu schaffen, der über ein verbessertes, leistungsstarkes Schwenklagen-Stellsystem
mit einem geringen Fremdenergieverbrauch und einer platz- und gewichtsgünstigen
Bauweise verfügt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Lelilrflugkörpe der beanspruchten
Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenklagensteuerung einen
strömungsmechanischen Stellantrieb mit zwei jeweils in einer Schwenkebene der Schwenkdüse
einander gegenüber~liegendim Bereich des Düsenrandes angeordneten Schubstrahl-Ablenkelementen
aufweist und für die Erzeugung des die Schwenkdüse bei einer Schwenklagenänderung
jeweils antreibenden Stellmoments das in Schwenkrichtung hintere Ablenkelement vorgesehen
ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lenkflugkörper wird eine Schwenklagenänderung
der Schwenkdüse durch den Schubstrahl selbst auf strömungsmechanischem Wege und
mit einem großen Stellmoment bewirkt, daa durch eine entsprechend starke Ablenkung
des Schubstrahls bzw. eines Schubstrahl-Teilstroms an den-Ablenkelementen erzeugt
wird, deren je nach der gewünschten Schwenkrichtung unterschiedlich gesteuertes
Eintauchen ein nur schwaches Hilfssystem mit einem niedrigen.Energieverbrauch erfordert.
Zugleich hat der Schwenklagen-Stellantrieb einschließlich seines Hilfssystems im
Vergleich.zu bekannten Schwenklagensteuerungen gleicher Antriebsleistung ein erheblich
reduziertes Eigengewicht und ist auch unter den beengten Einbauverhältnissen von
Benkflugkörpern problemlos
unterzubringen, mit der Besonderheit,
daß der an sich sehr störende Coriolis-Effekt, der ja der Schwenkbewegung der Schwenkdüse
eine mit wachsender Schwenkgeschwindigkeit zunehmende Bremskraft entgegensetzt,
erfindungsgemäß zu einer gleichermaßen drehgeschwindigkeitsabhängig ansteigenden,
selbsttätigen Stellkrafterhöhung in der Weise ausgenutzt wird, daß das stellkrafterzeugende,
hintere Ablenkelement aufgrund der coriolisbedingten, asymmetrischen Schubstrahlverteilung
mit zunehmender Drehgeschwindigkeit der Schwenkdüse vermehrt angeströmt und somit
durch den Coriolis-Effekt eine seiner Bremswirkung entgegengerichtete, drehgeschwindigkeitsabhängige
Selbstverstärkung des Stellantriebs gewonnen wird.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Ablenkelemente
gemäß Anspruch 2 vorzugsweise im Austrittsbereich einer Schwenkdüsenverlängerung
angeordnet und gemäß Anspruch 3 starr mit der Schwenkdüse verbunden, wobei das erwähnte,
das Eintauchen der Ablenkelemente steuernde Xilfssystem als fluidische Schubstrahlsteuervorrichtung
ausgebildet ist. Eine solche, rein fluidisch gesteuerte Schubstrahlanströmung der
Ablenkelemente ohne mechanisch bewegte Bauteile ergibt eine erhebliche konstruktive
Vereinfachung und eine deutliche Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit des Stellantriebs.
Ferner wird der Sekundärenergiebedarf des Hilfssystem dadurch weiter reduziert,
daß bereits schwache fluidische Steuerimpulse, die in die empfindliche Schubstrahlzone
im Ubergangsbereich zwischen eigentlicher Schwenkdüse und Schwenkdüsenverlängerung
eingegeben werden, ausreichen, um eine stark erhöhte Schubstrahlanströmung des in
der gewünschten Schwenkrichtung wirksamen Ablenkelements zu erzielen.
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Wahlweise kann jedoch auch ein mechanisches Hilfssystem verwendet
werden, und in diesem Fall sind die Ablenkelemente gemäß Anspruch 4 zweckmäßigerweise
drehbeweglich an der Schwenkdüse angeordnet und entsprechend der gewünschten Schwenkrichtung
det Schwenkdüse gegensinnig zueinander verstellbar, so daß nur ein einziger, beiden
Ablenkelementen
zugeordneter Hilfsantrieb benötigt wird.
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In besonders bevorzugter Weise sind die Ablenkelemente gemäß Anspruch
5 kontinuierlich von einem je nach Größe und Richtung des auf die Schwenkdüse einwirkenden
Stellmoments variablen Teilstrom des Schubstrahls angeströmt, wodurch die Ansprechgeschwindigkeit
und vor allem -steilheit des Stellantriebs beträchtlich gesteigert wird, weil bei
zunehmender Anströmung des in der gewünschten Schwenkrichtung wirkenden Ablenkelements
gleichzeitig und gleichermaßen die Anströmung des entgegengesetzt wirkenden Ablenkelements
abnimmt, so daß im Falle des mechanischen Hilfssystems schon geringe, gegensinnige
Verstellbewegungen der Ablenkelemente und im Falle des fluidischen Hilfssystems
eine verhältnismäßig schwache Schubstrahl-Asymmetrie in der Schwenkdüse zu einer
starken Stellkraftbeaufschlagung der Schwenkdüse fuhren, was den zusätzlichen Vorteil
einer weiteren Brniedrigung des Sekundärenergieverbrauchs erbringt.
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Falls es hingegen erwünscht ist, daß bei unwirksamem Stellantrieb
der volle Längsschub der Schwenkdüse für die Schubvektorsteuerung zur Verfügung
steht, empfiehlt es sich gemäß Anspruch die lage der Ablenkelemente so zu wählen,
daß diese bei fehlender Stellkrafterzeugung unmittelbar an die Randzone des Schubstrahls
angrenzen.
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Im Hinblick auf eine weitere Leistungssteigerung des Stellantriebs
sind schließlich die Ablenkelemente gemäß Anspruch 7 zweckmäßigerweise als die ankommende
Schubstrahlströmung im wesentlichen senkrecht zur Schwenkdüsenlängsachse radial
nach außen ablenkende Umlenkschaufeln ausgebildet.
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Die Erfindung wird nunmehr anhand zweier Ausfuhrungsbeispiele in Verbindung
mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische
Ansicht eines Lenkflugkörpers mit einem Schwenkdüsensatz zur Schubvektorsteuerung;
Fig. 2 einen schematischen Längs schnitt einer Schwenkdüse mit zugeordnetem, strömungsmechanischem
Stellantrieb einschl. eines fluidischen Hilfssystems; Fig. 3 die Endansicht der
Schwenkdüse gemäß Fig. 2; Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung eines
weiteren Ausführungsbeispiels einer Schwenkdüse und eines zugeordneten Stellantriebs,
jedoch mit einem mechanischen Hilfssystem.
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Gemäß Fig. 1 enthält der Lenkflugkörper 2 vier zur Schubvektorsteuerung
um die Nick-ier- und Rollachse * unabhängig voneinander verstellbare Schwenkdüsen
4, die an deakzwischen der (nicht gezeigten) Brennkammer und der starren Hauptschubdüse
6 des Lenkflugkörpers 2 verlaufenden Gasleitrohr 8, über das sie mit Treibgas versorgt
werden, gleichförmig in UmEangsrichtung verteilt und jeweils um eine schräg geneigte
Drehachse A schwenkbeweglich derart angeordnet sind, daß sie über ihren gesamten
Schwenkbereich innerhalb des Flugkörperkalibers D liegen.
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Gemäß Fig. 2 ist der divergente Schubdüsenteil 10 jeder Schwenkdüse
4, der an den konzentrisch zur Drehachse A verlaufenden Treibgas-Zulaufkanal 12
anschließt, mit einer über das dem Umgebungsdruck entsprechende Expansionsverhältnis
hinaus erweiterten Schwenkddsenverlängerung 14 versehen, an deren. Austrittsende
zwei, in der Schwenkebene der Schwenkdüse 4 einander diametral am Düsenrand gegenüberliegende,
mit der Schwenkdüse 4 starr verbundene
Ablenkelemente inlbrm von
Ablenkschaufeln 16, 18 angeordnet sind, die mit dem Austrittsende der Schwenkdüsenverlängerung
14 jeweils einen gekrümmten, im wesentlichen senkrecht zur Düsenlängsachse L-D radial
nach außen verlaufenden Strömungskanal 20 begrenzen.
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Die Ablenkelemente 16, 18 sind Teil eines strömungsmechanischen Stellantriebs,
der bei einer zur Düsenlängsachse L-L symmetrischen Scbubstrahlverteilung, bei der
die Ablenkelemente 16, 18 unmittelbar an die in Fig. 2 in strichpunktierten Linien
schematisch dargestellte Randzone des Schubstrahls angrenzen, unwirksam ist; wird
hingegen der Schubstrahl in der Schwenkdüsenverlängerung 14 entgegengesetzt zur
erwünschten Schwenkrichtung asymmetrisch zur Düsenlängsachse L-L ausgelenkt, so
wird durch die dadurch bewirkte Anströmung des in Schwenkrichtung hinteren Ablenkelements
und der Umlenkung des Schubstrahls bzw.
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eines Schubstrahl-Teilstroms im zugeordneten Strömungskanal 20 ein
in Schwenkrichtung wirkendes Stellmoment erzeugt, das die Schwenkdüse 4 entgegen
den angreifenden Bremskräften bis zum Erreichen einer neuen, von der Schwenklagenst
euerung vorgegebenen Schwenklage antreibt.
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So wird etwa bei einer Auslenkung des Schubstrahls im Sinne der Fig.
2 nach oben die Ablenkschaufel 16 mehr und mehr in den Schubstrahl eingetaucht und
die Schwenkdüse 4 durch ein im Uhrzeigersinn wirkendes Stellmoment in die der geforderten
Schubvektoränderung entsprechende Schwenklage verstellt, in der sie dann durch eine
(nicht gezeigte) Bremsvorrichtung festgebremst oder.durch wechselweises Anströmen
der Ablenkschaufeln 16, 18pendind stabilisiert wird.
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Das Hilfssystem zur Steuerung der Schubstrahlanströmung der Ablenkschaufeln
16, 18 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemß den Fig. 2, 3 eine fluidische Schubstrahlsteuervorrichtung
mit zwei im Eintrittsbereich der Verlängerung 14 seitlich in die Schwenkdüse 4 mündenden,
in der Schwenkebene der Düse 4 einander diametral gegenüberliegenden Steueröffnungen
22, 24, denen jeweils ein von einer zentralen Steuerkommandoeinheit 26 her selektiv
betätigtes, z.B. elektromagnetisches Steuerventil 28 bzw. 30 vorgeschaltet ist.
Im Mündungsbereich der Steueröffnungen 22, 24 bildet sich eine ablenkempfindliche
Schubstrahlzone, in der der Innendruck erstmals ein Minimum durchläuft und sogar
unter den Umgebungsdruck abfällt, sodaß durch bereits schwache fluidische Steuerimpulse
eine wirksame Schubstrahlanströmung der einen oder anderen Ablenkschaufel 16, 18
erreicht wird und sich als Steuermedium Luft unter Stau- oder Umgebungsdruck verwenden
läßt.
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Wie bereits eingangs erwähnt, wird die Schwenkbewegung der Schwenkdüse
aufgrund des Coriolis-Effekts mit wachsender Drehgeschwindigkeit zunehmend stärker
abgebremst. Bei dem beschriebenen Stellantrieb aber bewirkt nun gerade dieser störende
Coriolis-Effekt eine Selbstverstärkung der in Schwenkrichtung wirkenden Antriebskraft,
weil der Schubstrahl unter dem Einfluß der Coriolis-Eraft mit steigender Schwenkgeschwindigkeit
der Düse 4 mehr und mehr. zu der in Schwenkrichtung.
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hinteren Ablenkschaufel 16 bzw. 18 abgedrängt wird, so daß die schwenkgeschwindigkeitsabhängig
wachsende Bremskraft durch ein gleichzeitig und gleichermaßen selbsttätig zunehmendes
Stellmoment zumindest teilweise kompensiert wird. Die Schubstrahlumsteuerung auf
die eine oder andere Ablenkschaufel 16, 18 kann natürlich auch durch ein anders
ausgebildetes Sekundäreinspritzsystem.und evtl. auch allein aufgrund des Coriolis-Effekts
erfolgen, wobei in diesem Fall die Schwenkdüse 4
zunächst von einem
schwachen, als Starter wirkenden Antriebsmotor in der erwünschten Schwenkrichtung
angefahren und dann mit zunehmender, coriolisbedingter Anströmung der in Schwenkrichtung
hinteren Ablenkschaufel ein stetig wachsendes Stellmoment vom strömungsmechanischen
Antrieb erzeugt wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4, in der die dem ersten Ausführungsbeispiel
entspredhenden Bauelemente durch das gleiche Bezugszeichen unter Zusatz eines Beistrichs
gekennzeichnet sind, sind die Ablenkschaufeln 16', 18' über ein Hebelsystem 32 gegensinnig
zueinander verstellbar an der Schwenkdüse 4' angeordnet. Das HilSssystem zur Steuerung
der Schubstrahlanströmung dr Ablenkschaufeln 16', 18' besteht in diesem Fall aus
zwei vom zentralen Steuerkommandogeber 2U' her betätigten, an der Schwenkdüse 4'
befestigten Elektromagneten 34, 36, die die Eintauchtiefe der Ablenkschaufeln 16',
18' über das Hebelsystem 32 regulieren. In der in Fig. 4 gezeigten Stellung ist
die Ablenkschaufel 18' aus dem Schubstrahl vollständig herausgezogen, während sich
die Ablenkschaufel 16' in der voll eingefahrenen Endlage befindet und unter Umlenkung
des Schubstrahls bzw. eines Schubstrahl-Teilstroms im zugeordneten Strömungskanal
20' ein starkes, die Schwenkdüse 4' im Sinne der Fig. 4 im Uhrzeigersinn antreibendes
Stellmoment erzeugt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel fehlt die Schwenkdüsenverlängerung
14, und beide Ablenkschaufeln 16', 18' liegen im Schubstrahl und werden gleich stark
angeströmt, wenn kein Antriebsmoment auf die Schwenkdüse 4' einwirken soll. Im übrigen
entspricht die Bau- und Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels der des Schwenklagen-Stellsystems
nach den Fig. 2 und 3.
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