DE3138869C2 - "Lenkflugkörper" - Google Patents

Abstract

Bei einem Lenkflugkörper mit mindestens einer, zur Schubvektorsteuerung schwenkbeweglich gelagerten, schuberzeugenden Schwenkdüse ist der Schwenkdüsen-Antrieb im Hinblick auf eine hohe Antriebsleistung bei zugleich geringem Sekundärenergieverbrauch, niedrigem Eigengewicht und platzsparender Bauweise als strömungsmechanischer Stellantrieb mit zwei in entgegengesetzter Schwenkrichtung wirkenden, den auftreffenden Schubstrahl bzw. Schubstrahlteilstrom unter Erzeugung eines die Schwenkdüse antreibenden Stellmoments umlenkenden Ablenkelementen ausgebildet, von denen bei einer Schwenklagenänderung das in der erwünschten Schwenkrichtung jeweils hintere Ablenkelement vermehrt angeströmt wird. Aufgrund der durch den Coriolis-Effekt verursachten, asymmetrischen Schubstrahlverteilung nimmt die Antriebskraft des strömungsmechanischen Stellantriebs mit wachsender Schwenkgeschwindigkeit der Schwenkdüse selbsttätig zu.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lenkflugkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Schubvektorsteuerung von Lenkflugkörpern ist es im Hinblick auf einen verbesserten Wirkungsgrad bei erhöhten Schubvektoränderungen bekannt, Schwenkdüsensysteme zu verwenden (DE-OS 23 34 295), die allerdings sehr leistungsstarke Schwenklagenantriebe erfordern, um entgegen den beschleunigungsabhängigen Trägheitskräften, den schwenkgeschwindigkeitsabhängigen, vom Schubstrahl ausgeübten Corioliskräften sowie den Reibungskräften der Schwenkdüsenlagerung hohe Schwenkgeschwindigkeiten zu erzielen. Während Schwenklagenantriebe, bei denen das Verschwenken der Düse durch eine rein fluidische, asymmetrische Schubstrahlablenkung bewirkt wird, zu leistungsschwach und/oder verlustreich arbeiten, sind entsprechende hydraulische, pneumatische oder elektromotorische Schwenkanlagenantriebe wegen ihres hohen Platzbedarfs und vor allem auch Eigengewichts für Lenkflugkörper, wo im allgemeinen strenge Gewichtsbeschränkungen unter beengten Einbauverhältnissen einzuhalten sind, nur begrenzt verwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lenkflugkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auzubilden, daß er über einen verbesserten, leistungsstarken Schwenklagenantrieb mit einem geringen Fremdenergieverbrauch und einer platz- und gewischtsgünstigen Bauweise verfügt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Lenkflugkörper gelöst.
Erfindungsgemäß wird das Verschwenken der Schwenkdüse durch Kräfte bewerkstelligt, die durch eine Umlenkung des Schubstrahls bzw. eines Schubstrahl-Teilstroms an in den Düsenquerschnitt einschwenkbaren bzw. unterschiedlich anströmbaren Ablenkelementen erzeugt werden. Zur Änderung der Schubstrahlanströmung dieser Abienkelemente wird nun wesentlich weniger Fremdenergie als bei den bekannten Schwenklagenantrieben gleicher Antriebsleistung benötigt, das Eigengewicht wird erheblich reduziert und der Einbau ist auch unter den beengten Platzverhältnissen von Lenkflugkörpern problemlos, 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 selbsttätigen Stellkrafterhöhung in der Weise ausgenutzt wird, daß das stellmomentenerzeugende, hintere Ablenkelement aufgrund der coriolisbedingten asymmetrischen Schubstrahlverteilung mit zunehmender Schwenkgeschwindigkeit der Düse selbsttätig vermehrt angeströmt und somit durch den Corioliseffekt eine seiner Bremswirkung entgegengerichtete Eigenstärkung des Schwenklagenantriebs erzielt wird.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind gemäß Anspruch 2 die Ablenkelemente vorzugsweise im Austrittsbereich einer Schwenkdüsenverlängerung angeordnet und gemäß Anspruch 3 starr mit der Schwenkdüse verbunden, wobei die unterschiedliche Schubstrahlanströmung der Ablenkelemente durch fluidische Mittel bewirkt wird. Dies ergibt eine erhebliehe konstruktive Vereinfachung und eine deutliche Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit, wobei bereits schwache fluidische Steuerimpulse, die in die empfindliche Schubstrahlzone im Übergangsbereich zwischen eigentlicher Schwenkdüse und Schwenkdüsenverlängerung eingegeben werden, ausreichen, um eine stark erhöhte Schubstrahlanströmung des jeweils in Schwenkrichtung hinteren Ablenkelements zu erzielen.

Wahlweise können die Ablenkelemente jedoch auch gemäß Anspruch 4 durch mechanische Mittel gegensinnig zueinander in den Schubstrahl ein- bzw. aus diesem herausgeschwenkt werden, wozu nur ein einziger, beiden Ablenkelementen zugeordneter mechanischer Hilfsantrieb benötigt wird.
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 die Ansprechsteilheit beträchtlich gesteigert werden, weil bei zunehmender Anströmung des in Schwenkrichtung wirkenden Ablenkelements gleichzeitig und gleichermaßen die Anströmung des entgegengesetzt wirkenden Ablenkelements

abnimmt so daß bereits eine schwache Schubstrahl-Asymmetrie in der Schwenkdüse bzw. schon geringe, gegensinnige Verstellbewegungen der Ablenkelemente zu einer hohen Stellkraftbeaufschlagung der Schwenkdüse führen, was den zusätzlichen Vorteil tiner weiteren Verringerung des Fremdenergiebedar*s erbringt. Andererseits ist es natürlich auch möglich, die Ablenkelemente so anzuordnen, daß diese bei fehlender Stellkrafterzeugung außerhalb des Schubstrahls liegen, damit bei abgeschaltetem Schwenklagenantrieb der Schubstrahl möglichst v^nig gestört wird und der volle Längsschub der Schwenkdüse zur Verfügung steht

Im Hinblick auf eine weitere Leistungssteigerung des Schwenklagenantriebs sind schließlich die Ablenkelemente gemäß Anspruch 7 vorzugsweise als die ankommende Schubstrahlströmung im wesentlichen senkrecht zur Schwenkdüsenlängsachse radial nach außen ablenkende Umlenkschaufeln ausgebildet.

Die Erfindung wird nunmehr anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen nähererläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Lenkflugkörpers mit einem Schwenkdüsensatz zur Schubvektorsteuerung;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt einer Schwenkdüse mit zugeordnetem, strömungsmechanischem Stellantrieb einschließlich eines fluidischen Hilfssystems;

Fig.3 die Endansicht der Schwenkdüse gemäß F ig. 2;

F i g. 4 eine der F i g. 2 entsprechende Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Schwenkdüse und eines zugeordneten Stellantriebs, jedoch mit einem mechanischen Hilfssystem.

Gemäß Fig. 1 enthält der Lenkflugkörper 2 vier zur Schubvektorsteuerung um die Nick-, Gier- und Rollachse unabhängig voneinander verstellbare Schwenkdüsen 4, die an dem zwischen der (nicht gezeigten) Brennkammer und der starren Hauptschubdüse 6 des Lenkflugkörpers 2 verlaufenden Gasleitrohr 8, über das sie mit Treibgas versorgt werden, gleichförmig in Umfangsrichtung verteilt und jeweils um eine schräg geneigte Drehachse A schwenkbeweglich derart angeordnet sind, daß sie über ihren gesamten Schwenkbereich innerhalb des Flugkörperkalibers D liegen.

Gemäß F i g. 2 ist der divergente Schubdüsenanteil 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 Schwenkdüsenverlängerung 14 versehen, an deren Austrittsende zwei, in der Schwenkebene der Schwenkdüse 4 einander diametral am Düsenrand gegenüberliegende, mit der Schwenkdüse 4 starr verbundene Ablenkelemente in Form von Ablenkschaufeln 16, 18 angeordnet sind, die mit dem Austrittsende der Schwenkdüsenverlängerung 14 jeweils einen gekrümmten, im wesentlichen senkrecht zur Düsenlängsachse L-I. radial nach außen verlaufenden Strömungskanai 20 begrenzen.

Die Ablenkelemente 16,18 sind Teil eines strömungsmechanischen Stellantriebs, der bei einer zur Düsenlängsachse L-L symmetrischen Schubstrahlverteilung, bei der die Ablenkelemente 16,18 unmittelbar an die in F i g. 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 Jie dadurch bewirkte Anströmung des in Schwenkrichtung hinteren Ablenkelements und der Umlenkung des Schubstrahls bzw. 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 Schwenklagensteuerung vorgegebenen Schwenklage antreibt. So wird etwa b^i einer Auslenkung des Schubstrahls im Sinne der F i g. 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 16,18 pendelnd stabilisiert wird.

Das Hilfssystem zur Steuerung der Schubstrahlanströmung der Ablenkschaufeln 16, 18 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 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 betätigbares, 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, so daß 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.

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 unter dem Einfluß der Coriolis-Kraft mit steigender Schwenkgeschwindigkeit der Düse 4 nvrhr und mehr zu der in Schwenkrichtung hinteren Abienkschaufel 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 Schwenkrichiung angefahren und dann mit zunehmender, coriolisbedingter Anströmung der in Schwenkrichtung hinteren Ablenkschaufel ein stetig wachsendes Stellmoment vom strömungsmechanischen Antrieb erzeugt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4, in der die dem ersten Ausführungsbeispie! entsprechenden Bauelemente durch das gleiche Bezugszeichen unter Zusatz

&5 eines Beistrichs gekennzeichnet sind, sind die Abienkschaiifeln 16', 18' über ein Hebelsystem 32 gegensinnig zueinander verstellbar an der Schwenkdüse 4' angeordnet. Das Hilfssystem zur Steuerung der Schubstrahlan-

strömung der Ablenkschaufeln 16', 18' besteht in diesem Fall aus zwei vom zentralen Steuerkommandogeber 26' her betätigten, an der Schwenkdüsc 4' befestigten Elektromagneten 34, 36, die die Eintauchtiefe der Ablenkschaufeln 16', 18'über das Hebelsystem 32 regulieren. In i 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 zu- ι ο geordneten Strömungskanal 20' ein starkes, die Schwenkdüse 4' im Sinne der Fig.4 im Uhrzeigersinn antreibendes Stellmoment erzeugt. 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Lenkflugkörper mit mindestens einer, zur Schubvektorsteuerung schwenkbeweglich am Flugkörper gelagerten, schuberzeugenden Schwenkdüse mit zugeordneter Schwenklagensteuerung, dadurch gekennzeichnet,

daß im Bereich des Randes der Schwenkdüse (4) Ablenkelemente (16, 18) für den Schubstrahl angeordnet sind,

diese Ablenkelemente (16,18) in der Düsenschwenkebene einander gegenüberliegen und
Mittel (22, 24; 32, 34, 36) zur Änderung der Schubstrahlanströmung der Ablenkelemente (16, 18) vorgesehen sind, wobei für ein Verschwenken der Schwenkdüse (4) das jeweils ir Schwenkrichtung hintere Ablenkelement (16 oder 18) verstärkt angeströmt wird.

2. Lenkflugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelemente (16, 18) im Bereich des Austrittsendes einer erweiterten Schwenkdüsenverlängerung (14) angeordnet sind.

3. Lenkflugkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelemente (16, 18) starr mit der Schwenkdüse (4) verbunden sind und fluidische Mittel (22,24,26,28,30) zur Änderung der Schubstrahlanströmung der Ablenkelemente vorgesehen sind

4. Lenkflugkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelemente (16', 18') durch mechanische Mittel (32, 24,36) gegensinnig zueinander in den Bereich des Schubstrahls ein- und ausschwenkbar sind.

5. Lenkflugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelemente (16', 18') kontinuierlich von einem je nach Größe und Richtung des auf die Schwenkdüse (4) einwirkenden Stellmoments variablen Teilstrom des Schubstrahls angeströmt sind.

6. Lenkflugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelemente als mit dem Schwenkdüsenaustrittsende einen bezüglich der Düsenlängsachse (L) im wesentlichen radial nach außen gerichteten Strömungskanal (20) begrenzende Ablenkschaufeln (16, 1$) ausgebildet sind.