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Aerodynamische Bremseinrichtung für Flugkörperq
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insbesondere Raketen Die Erfindung befaßt sich mit einer aerodynamischen
Bremseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
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Bei der Verteilung von Wirkkörpern wie Minen, Bomblets, Tochtergeschosse,
Störkörper od. dgl. mit Hilfe von Raketen, Granaten oder anderen unbemannten Flugkörpern
können Probleme auftreten, wenn die Nutzlast bei hoher Geschwindigkeit ausgestoßen
wird, da dann die Gefahr ihrer Beschädigung besteht bzw. bei mehreren gemeinsam
auszustoßenden Wirkkörpern deren möglichst reproduzierbare flächige Verteilung in
Frage gestellt sein kann.
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Es ist bekannt, die Geschwindigkeit der Flugkörper vor der Freigabe
der Nutzlast durch aerodynamische Bremseinrichtungen wie Bremsfallschirme oder Bremsklappen
zu
reduzieren. So wird in der DE-PS 12 31 139 eine Bremseinrichtung
beschrieben, bei der drei oder mehr Schalenflügel satt an der Außenwandung des Flugkörpers
anliegen und über - in Flugrichtung betrachtet - an ihrem vorderen Ende angeordnete
Winkelhebel, auf die eine in einem zentralen Federhaus untergebrachte Druckfeder
einwirkt, zu einem vorgegebenen Zeitpunkt abspreiz- oder ausklappbar sind, Nachteilig
bei dieser Lösung ist, daß um den vorderen Drehpunkt der schalenförmigen Bremsflächen
ein den Luftkräft en entgegenwirkendes Drehmoment aufgebracht werden muß, das je
nach Größe der Bremsflächen, des Abspreizwinkels und der Geschwindigkeit erheblich
sein kann und entsprechend aufwendige, raumbeanspruchende Verstelleinrichtungen
erfordert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer aerodynamischen
Bremseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art insbesondere
diesen Nachteil zu vermeiden und sie des weiteren so auszubilden, daß bei möglichst
einfachem Aufbau und vergleichsweise kleiner Baugröße auch die Erfüllung sehr unterschiedlicher
Flugaufgaben möglich ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Ausbildung entsprechanS dem Kennzeichen
des Anspruchs 1. Damit werden in vorteilhafter Weise sowieso vorhandene Kräfte,
niiiich der aerodynamische Widerstand, benutzt, um die Bremsflächen nach ihrer definierten
Entriegelung in Gegenflugrichtung zu drücken, wobei eine mechanische Führung wie
ein Hebelwerk, Ausfahrschienen od. dgl. sie gleichzeitig nach hinten außen drückt,
so daß die Bremsflächen bei ihrer Verschiebung nach hinten außerdem noch eine ausstellende
Schwenkbewegung um einen im Bereich ihres vorderen Endes gelegenen Drehpunkt auszuführen.
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Eine besondere, das für das .Ausklappen der Bremsfläche erforderliche
Moment erzeugende Krafteinrichtung ist nicht erforderlich. Die Entriegelung der
Bremsflächen nach dem Start oder Abschuß des Flugkörpers kann mittels eines mechanischen
Zeitwerkes erfolgen, das nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne einen Verriegelungsstift
aus seiner Sperrposition entfernt. Es kann aber z.B. auch eine elektrisch-pyrotechnische
Entriegelung vorgesehen werden, etwa mittels eines in der DE-PS 23 28 184 beschriebenen
elektrisch zu zündenden Schaltelementes mit Stifteinzug oder mittels elektrisch
auslösbarer Trennschrauben der in der DE-PS 22 03 470 beschriebenen Art. Der Zeitpunkt
der Entriegelung kann dabei mittels einer elektronischen Verzögerungsschaltung festgelegt
werden.
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Die Bremsflächen sind bevorzugt Teil der aerodynamischen Verkleidung,
d.h. der Hülle des Flugkörpers. Durch diese Doppelfunktion der Bremsflächen wird
eine vereinfachte Bauweise erreicht. Sie können, im Querschnitt betrachtet, Ausschnitte
aus der Hülle darstellen. Bevorzugt wird jedoch die ganze Hülle über einen mehr
oder weniger großen Teil ihrer Längserstreckung, insbesondere im Nutzlastbereich
des Flugkörpers, benutzt, indem sie durch eine entsprechende Längsteilung in zwei,
drei oder mehr ausklappbare Zylinderteilschalen unterteilt ist. Die erfindungsgemäß
sozusagen selbsttätig ausstellbaren Bremsflächen können aber auch zusätzlich zur
äußeren Hülle des Flugkörpers auf dieser vorgesehen sein.
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Das Verschieben und Ausstellen der Bremsflächen kann grundsätzlich
durch die Reibungskräfte erfolgen, welche von der an ihnen entlangströmenden Luft
auf sie ausgeübt werden. Sofern diese Reibungskräfte im Einzelfall nicht ausreichend
sein sollten, kann in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 vorgesehen
werden, die
Bremsflächen unmittelbar vor Beginn des eigentlichen
Ausklappvorgangs mit ihrer Vorderkante in den Luftstrom hineinzuschieben und so
die auf sie ausgeübte Widerstandskraft zu erhöhen. Diese Verschiebung nach außen
kann z.Bw erfolgen mittels eines mechanischen oder pyrotechnischen Kraftelementes,
das über einen ausstoßbaren Stift auf das vordere Ende der Bremsflächen eine entsprechende
Verschiebekraft ausübt, nachdem es nach der Entriegelung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt
elektrisch ausgelöst ist.
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Die Bremsflächen ermöglichen nicht nur eine Abbremsung des Flugkörpers
kurz vor Erreichen des Zieles, sondern auch schon kurz nach dem Start oder Abschuß,
um z,B. eine Verringerung der Mindestschußweite zu erreichens Hierzu, aber auch
in anderen Fällen erweist es sich als vorteilhaft, entsprechend Anspruch 3 das Ausklappen
der Bremsflächen stufenweise vorzunehmen. Durch diese schrittweise Vergrößerung
des Aufklappwinkels der BremsSlächen kann der aerodynamische Widerstand auch während
des Fluges an die Erfordernisse der jeweiligen Flugaufgabe angepaßt werden.
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Die Bremsflächen werden in den Zwischenpositionen gehalterm, indem
sie am Ende des jeweiligen Aufklappschrittes in eine Verriegelung einrasten, die
nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne z.B. wieder mittels eines der vorgenannten
elektrisch-pyrotechnischen Schaltelemente aufgehoben wird, so daß die Flächen in
ihre nächste Position ausgestellt werden können0 Sofern es im Einzelfall zweckmäßig
sein sollte, können gemäß Anspruch 4 Bremsflächen auch zur Erzeugung eines Drehmomentes
in Flugrichtung benutzt werden. Die daraus resultierende Drehung des Flugkörpers
kann z.B. zur gezielten Beeinflussung der Verteilung von Nutzlastkörpern auf dem
Boden dienen. Die Verdrehung der Bremsflächen in sich wird bewirkt durch eine entsprechende
mechanische
Zwangsführung im Bereich ihres vorderen und hinteren
Endes wahrend ihrer Verschiebung nach hinten. Die Führung kann hier wie auch in
den vorstehenden Fällen durch verschwenkbare Hebel, Führungsschienen od. dgl. bewirkt
werden.
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Die als Teil der Außenwand des Flugkörpers ausgebildeten Bremsflächen
bieten weiterhin den besonderen Vorteil, daß bei mehreren im Flugkörper nebeneinander
angeordneten Nutzlastverteileinrichtungen gemäß Anspruch 5 jeweils eine Bremsfläche
mit jeweils einer Nutzlastverteileinrichtung zu einem integrierten und gemeinsam
verschwenkbaren Bauteil zusammengefaßt werden kann. Durch diese Mehrfachfunktion
der Bremsflächen wird nicht nur in vorteilhafter Weise auch das Auseinanderspreizen
der Rutzlastverteileinrichtungen erreicht, sondern zusätzlich eine höhere Steifigkeit
des integrierten Bauteils, die gegenüber der Ausführung als Einzelkomponenten wiederum
eine leichtere Bauweise ermöglicht. Bei den Nutzlastverteileinrichtungen handelt
es sich insbesondere um Ausstoßrohre oder Abwurfbehälter mit einem oder mehreren
darin untergebrachten Wirkkörpern wie Minen, Bomblets, Sekundärgeschossen od.
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dgl. Aber auch Nutzlastverteileinrichtungen in Form von z B. Startschienen
oder Ausklinkvorrichtungen sind möglich Damit ist ein besonders einfach aufgebautes
Nutzlastverteilsystem geschaffen, welches sowohl die einwandfreie Freigabe der Wirkkörper
ohne die Gefahr ihrer Beschädigung als auch ihre reproduzierbare Verteilung im Zielgebiet
ermöglicht, indem einzelne Bauteile der Verkleidung des Flugkörpers mehrere Funktionen
übernehmen, d.h. nicht nur zur Abdeckung des Nutzlastbehälters, sondern auch zur
Abbremsung und Ausrichtung der Nutzlastverteileinrichtungs herangezogen werden.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein Fallschirm entfallen. Durch Variation des
AuSklappwinkels kann der aerodynamische Widerstand auch während
des
Fluges an die Erfordernisse der Flugaufgabe angepaßt werden. Bei dieser Vorrichtung
zum Verteilen von Nutzlastkörpern werden weiterhin keine Teile des Flugkörpers abgetrennt,
welche außerhalb des Zielgebietes herunterfallen und damit auf den Verschuß der
Nutzlasten hinweisen.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in Ausführungsbeispielen gezeigt
und wird anhand dieser nachstehend noch näher erläutert. Es zeigen in schematischer
Darstellung Fig, 1 einen Flugkörper in der Seitenansicht, Fig. 2 einen Flugkörper
mit vier Nutzlastverteileinrichtungen in der Ansicht von hinten, Fig0 3 eine Seitenansicht
eines ähnlichen Flugkörpers wie inFig. 2 im Ausschnitt, betrachtet entsprechend
dem Pfeil A in Fig. 2, wobei die vordere und die hintere Nutzlastverteileinrichtung
mit Bremsflächen fortgelassen ist, Fig. 4 eine Variante zu Fig. 2 im Ausschnitt
und Fig. 5 eine Variante zu Fig. 3 im Ausschnitt0 Fig. 1 zeigt einen Flugkörper,
z.B. den Nutzlastkopf einer Rakete, von der zuvor der nicht gezeigte Raketenmotor
abgetrennt ist' mit der Ogive 1 und dem Nutzlastbereich 2.
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In diesem Bereich 2 ist die Verkleidung des Flugkörpers als zwei längsgeteilte
Zylinderhalbschalen ausgebildet, welche die Bremsflächen 3 darstellen. Die obere
Hälfte der Fig. 1 zeigt die Bremsfläche 3 im Ausgangszustand, d.h. im angelegten
Zustand, während die untere Hälfte der Figur sie ausgeklappt zeigt. Die beiden Bremsflächen
3 umschlie im Ausgangszustand, d.h. bis zum Beginn des abbremsens die
Nutzlastverteileinrichtung
4, die hier z.B. als zylindrisches Ausstoßrohr ausgeführt ist, in dem mehrere nach
hinten auszustoßende Wirkkörper hintereinander angeordnet sind.
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Vor der Freigabe der Wirkkörper wird der Flugkörper abgebremst, indem
die beiden Bremsflächen 3 symmetrisch zur Flugrichtung partiell nach außen gedreht
und nach hinten verschoben werden Durch das Aufklappen wird nicht nur der aerodynamische
Widerstand der Nutzlast mit Verteileinheit erhöht, sondern auch eine aerodynamische
Stabilisierung erreicht, so daß ein Fallschirm entfallen kann.
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Für das Ausfahren der Bremsschalen 5 zur Seite werden die aerodynamischen
Kräfte benutzt. Hierzu ist der Flugkörper im Bereich des vorderen Endes jeder Bremsfläche
mit einer fest angeordneten Ausfahrschiene 5 versehen, in welcher die Bremsfläche
3 mit einem Führungszapfen od. dgl. verschiebbar gehalten ist. Das Kraftelement
6 gibt zu einem vorbestiinmten Zeitpunkt nach dem Abschuß des Flugkörpers die Bremsfläche
3 frei, d.h. deren Verriegelung in der Ausgangsposition 7 wird aufgehoben, und schiebt
die Verkleidung mehr oder weniger radial über die Kontur 8 hinaus nach außen. Dadurch
gerät die Vorderkante der Bremsschale in den Luftstrom, wird nach hinten gedrückt
und entlang der Ausfahrschiene 5 bis zur ersten Ausstellposition 9 geschoben und
hier vorübergehend wieder verriegelt. Gleichzeitig drückt der am hinteren Ende des
Nutzlastbereiches 2 vorgesehene Hebel 10, der über die Gelenke 11 bzw. 12 mit dem
Flugkörper bzw. der Bremsfläche 3 verbunden ist, die letztere hinten stärker nach
außen als vorn.
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Ist die Fluggeschwindigkeit so weit reduziert, daß bei herkömmlicher
Auslegung für eine optimale Wirkung ein Hochgeschwindigkeitsfallschirm durch einen
geeigneten
Niedergeschwind.igkeitsfallschirm ersetzt werden müßte
kanr der Ausklappwinkel der Bremsschalen 3 vergrößert werden, um eine weitere Reduzierung
der Fluggeschwindigkeit zu erreichen Dies wird dadurch initiiert, daß die Verriegelung
in der ersten Ausstellposition 9 z.B. wieder mittels eines pyrotechnischen Kraftelementes
aufgehoben wird und die Bremsschalen 3 in die gezeigte zweite Ausstellposition 13
verschoben werden. Der optimale Ausklappwinkel kann durch die Länge des Hebels 10,
die Lage seiner Gelenke 11 und 12 einerseits und durch die Form und Anordnung der
Ausfahrschiene 5 andererseits erreicht werden. Dabei kann es notwendig werden, die
Ausfahrschiene 5 - wie gezeigt -noch über den Punkt 13 hinaus bis zur Endposition
14 zu verlängern, um einen besonders großen Aussteliwinkel zu erreichen.
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Die Anordnung nach Fig. 1 kann in vorteilhafter Weise sowohl die Funktion
eines Hochgescnwindigkeitsfallschirmes als auch die eines Niedergeschwindigkeitsfallschirmes
über nehmen Um dabei dynamische und/oder aerodynamische Asymmetrien zu vermeiden,
müssen die mindestens zwei Bremsflächen 3 kinematisch gekoppelt ausgefahren werden.
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Beispielsweise kann dazu die Bewegung der Hebel 1Q der einzelnen Bremsflächen
3 über ein oder mehrere Z-iharäder miteinander gekoppelt werden. Statt dessen oder
zusätzlich kann auch eine Koppelung über ein am vorderen Ende der Bremsflächen angeordnetes,
zentral geführtes Hebelwerk erfolgen.
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Enthält der STutzlastbereich 2 des Flugkörpers zwei oder mehrere gebündelte
Nutzlastverteileinheiten 4, so können gemäß Fig. 2 jeweils eine Bremsfläche 3 mit
einer Nutzlastverteileinheit 4, hier wieder einem Åbschuß- oder Ausstoßrohr, zu
einer integrierten Einheit zusammengefaßt
werden. Zur Vereinfachung
der zeichnerischen Darstellung ist von den insgesamt vier Bremsflächen 3, die jeweils
Zylinderviertelschalen bilden, nur an einer im linken oberen Quadraten gezeigt,
wie sie über die Versteifungen 15 mit der Nutzlastverteileinrichtung 4 verbunden
ist.
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Die Versteifungen 15 können sich als entsprechendes Formteil über
die gesamte axiale Länge der Bremsflächen 3 erstrecken, wobei dann der Hohlraum
16 zur weiteren Versteifung auch ausgeschäumt werden könnte, oder sie können nach
Art von Spanten im axialen Abstand voneinander angeordnet sein.
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Das Aufklappen der Bremsschalen 3 dient dabei nicht nur der vergleichsweise
schnellen Herabsetzung der Fluggeschwindig keit durch Erhöhung des aerodynamischen
Widerstandes, sondern auch der optimalen Verteilung der Nutzlast nach Erreichen
einer relativ geringen Geschwindigkeit bei möglichst senkrechter Flugbahn.
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Der zu Fig. 1 beschriebene, Schienen und Hebel aufweisende Öffnungsmechanismus
ist an jeder der integrierten Nutzlast verteileinheit 4 angebracht. Dabei kann nach
Fig. 2 die integrierte Einheit vorn an der Stelle 17 in die jeweilige, nicht gezeigte
Ausfahrschiene eingreifen, während je ein Hebel 18 beidseits über die Drehgelenke
19 mit der Einheit 4 und über die Drehgelenke 20 mit der festen Struktur 21 des
Flugkörpers verbunden ist. Durch die beidseitige Hebelanordnung wird eine ausreichende
Befestigung gegen ungewollte Torsion der integrierten Einheit gewährleistet.
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Das synchrone Öffnen oder Ausstellen aller vier Nutzlastverteileinheiten
4 kann z.B. dadurch erreicht werden, daß die Hebel 18, 18' zweier benachbarter Verteileinheiten
starr miteinander verbunden sind, so daß sie nur synchron im Gelenk 20 gegenüber
der nicht aufklappenden Struktur 21
verschwenkbar sind. Sind die
Hebel 18, 18' unterschiedlich lang, so wird die integrierte Nut zlastverteil einheit
nicht nur hinten nach außen ausgefahren, sondern auch noch um die Längsachse gedreht.
Dadurch erzeugen die ausgeklappten Bremsflächen 3 nicht nur einen erhöhten aerodynamischen
tfiderstand, sondern auch ein Drehmoment in Flugrichtung.
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Die daraus resultierende Drehung der Nutzlast kann zu einer vorteilhaften
Verteilung der Nutzlastkörper im Zielgebiet führen.
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In manchen Fällen kann es abweichend vom Vorstehenden aber auch von
Vorteil sein, die integrierten Rutzlastserteileinheiten zu verschiedenen Zeiten
und/oder ungleichmäßig auszuklappen, um eine Flugbahn zu erreichen, die von der
Senkrechten abweicht, undXoder um eine spezielle Verteilung der Nutzlastkörper auf
dem Boden zu erreichen.
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In Figo 3 ist ein Ausschnitt eines Flugkörpers ähnlich dem in Fig.
2 gezeigt, und zwar in einer Seitenansicht entsprechend dem Pfeil A in Fig. 2, wobei
in der linken Hälfte der eingefahrene und in der rechten Hälfte der ausgefahrene
Zustand dargestellt und die Flugrichtung durch den Pfeil B angedeutet ist Hinter
der Ogive 1, von der nur das hintere Ende gezeigt ist, befindet sich der Nutzlastbereich
2 mit wieder vier hohl zylindrischen Nutzlastverteileinheiten 4, von denen nur zwei
gezeigt sind. Die Wutzlastverteileinnchtun£4 sind mit den als Zylinderviertelschalen
ausgebildeten Bremsflächen 3 zujewisiner integrierten, gemeinsam auszufahrenden
Einheit zusammengefaßt. Am vorderen Ende sind diese über die Halterung 22 in der
Ausfahrschiene 5 geführt. Der Ausgangsposition 7 ist das Kraftelement 6 und der
Endposition 13 die gegen die Kraft einer Feder radial verschiebbare Verriegelung
23 zugeordnet. Dabei kann auch noch ein Kraftelement 24 zur Fixierung und Entriegelung
in einer Zwischenstellung vor-
gesehen sein. Im Bereich des hinteren
Endes der integrierten Einheiten sind die Hebel 18 vorgesehen, die über die Gelenke
19 bzw. 20 mit der auszustellenden Einheit 4 bzw.
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der festen Struktur des Flugkörpers verbunden sind. Zur zusätzlichen
Versteifung ist dabei dem Gelenk 19 noch der Spant 15 zugeordnet. In den Einheiten
4 sind hier je ein Tochterflugkörper 25 angeordnet, an deren Stelle z.B. aber auch
mehrere hintereinander angeordnete zylindrische Streuminen, Bomblets od. dgl. untergebracht
sein können.
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Je nach Art der freizugebenden Wirkkörper kann die Nutzlastverteileinrichtung
statt als Ausstoßrohr z.B. auch als Startschiene, Ausklinkvorrichtung od. dgl. für
jeweils einen Wirkkörper ausgebildet sein. In Fig. 4 ist hierzu eine Ausführung
gezeigt, bei welcher die Verteileinrichtun eine in Längsrichtung sich erstreckende
Startschiene ist, an welcher der Tochterflugkörper 25 gehalten ist. Um die in den
Hebeln 18 wirkenden Kräfte auf die als Bremsfläche 3 wirkenden Verkleidungsschalen
zu übertragen, sind die Drehpunkte 19 formschlüssig mit der Verkleidung verbunden,
z.B. durch die Spanten 15 und 26, wobei zur besseren Lagerung des Tochterflugkörpers
dieser noch über die Distanzstücke 27 seitlich an den Spanten 26 abgestützt ist.
Die axiale Arretierung der Tochterflugkörper bis zu ihrer Freigabe kann über die
Startschiene selbst oder über eine zusätzliche aufhebbare Halterung 28 an dem nach
vorn weisenden Ende der Tochterflugkörper erfolgen. Die übrigen Komponenten entsprechen
denen der Fig. 2 und sind daher mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
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In Fig. 5 ist schließlich noch eine zu Fig. 4 ähnliche Ausführungsform
in der Seitenansicht dargestellt, wobei im Hinblick auf die Analogie zu Fig. 3 nur
noch eine als Startschiene ausgebildete Nutzlastverteileinrichtung 4 mit integrierter
Bremsfläche 3 und Tochterflugkörper 25
gezeigt ist. Bezüglich der
Bedeutung der weiteren Bezugsziffern wird auf die vorstehenden Erläuterungen verwiesen.
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Versionen mit Ausklinkvorrichtungen unterscheiden sich von denen nach
Fig. 4 und 5 dadurch, daß die durchgehende Startschiene durch einzelne Befestigungspunkte
an der Bremsfläche 3 ersetzt ist.
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