DE3301567A1

DE3301567A1 - Verriegelungsvorrichtung fuer luft-luft-lenkflugkoerper

Info

Publication number: DE3301567A1
Application number: DE19833301567
Authority: DE
Inventors: Peter 7777 Salem Giesenberg; Gerhard 7770 Überlingen Seeger; Johannes Dr.-Ing. 7750 Konstanz Steimel
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1983-01-19
Filing date: 1983-01-19
Publication date: 1984-08-02
Also published as: GB8330469D0; GB2133865B; US4519291A; DE3301567C2; GB2133865A

Description

DiPL,riYs^::3ÜR^:G£N WElSSE 3 3 01567

PATENTANWALT ■ EUROPI&N PATENT ATTORNEY

BÖKENBUSCH 41 . D 5620 VELBERT 11 -LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02052) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung

Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH, D-7770 Überlingen (Bodensee)

Verriegelungsvorrichtung für Luft-Luft-Lenkflugkörper

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungsvorrichtung für Luft-Luft-Lenkflugkörper mit Feststoff-Raketentriebwerk.

Verriegelungsvorrichtungen sind Bestandteile von Startgeräten. Sie sollen ein Starten eines Flugkörpers ohne genügenden Schubaufbau oder ein Herausrutschen des ²^ Flugkörpers aus der Starteinrichtung vermeiden. Ein solches Herausrutschen des Flugkörpers könnte beispielsweise eintreten, wenn ein den Flugkörper tragendes Flugzeug bei Landung auf einem Flugzeugträger durch

eine Fangeinrichtung.stark abgebremst wird. 30

Eine bekannte Verriegelungsvorrichtung dieser Art enthält eine um einen Schwenkpunkt verschwenkbare Sperrklinke, die mit einem Anschlag in Form einer Nase über einen an dem Lenkflugkörper angebrachten Führungsschuh greift. Auf die Sperrklinke wirkt eine Vorlast in Form einer einstellbaren Feder. Diese Vorlast sucht die

Sperrklinke mit dem Anschlag gegen den Schub des Raketentriebwerks des Lenkflugkörpers in Wirkstellung in der Bahn des Führungsschuh zu halten, so daß der Lenkflugkörper in der Starteinrichtung zurückgehalten wird. Wenn bei normalem Start das Raketentriebwerk gezündet wird, baut sich rasch der Startschub auf. Das von dem Startschub über den Anschlag auf die Sperrklinke ausgeübte Drehmoment überwindet das entgegengesetzt gerichtete Drehmoment, das von der Vorlast um den Schwenkpunkt auf die Sperrklinke ausgeübt wird. Der Anschlag wird von dem Schub des Raketentriebwerks unter Verschwenkung der Sperrklinke zur Seite gedrückt und der Lenkflugkörper startet.

Es sind weiterhin zusätzliche Verriegelungen bekannt, die abhängig von mechanischen Schaltern eine starre Fixierung des Lenkflugkörpers in seiner Position bewirken, so daß selbst bei normalem Abbrand des Raketentriebwerks der Lenkflugkörper im Startgerät zurückgehalten wird. Diese Verriegelung wird erst nach dem Abheben des Flugzeugs vom Boden geöffnet. Es wird auf diese Weise sichergestellt, daß der Lenkflugkörper nicht vor dem Start des Flugzeugs abgeschossen werden kann. Diese bekannten Verriegelungsvorrichtungen öffnen daher bei Schubbelastung entweder sofort, sobald ein vorgegebener Schub erreicht ist, oder gar nicht.

Bei Lenkflugkörpern für den Luft-Luft-Einsatz bietet es ein Problem, die im Raketentriebwerk installierte Antriebsenergie richtig zu bemessen. Der Lenkflugkörper ^O soll in niedrigen Höhen bei relativ niedriger Geschwindigkeit des Flugzeugs eine genügende Reichweite haben. Das bedingt eine relativ hohe Antriebsenergie des Raketentriebwerks. Wird jedoch ein solcher Lenkflugkörper in großer Höhe und bei hohen Geschwindigkeiten des Flugzeugs abgeschossen, dann beschleunigt die im Raketentriebwerk installierte Antriebsenergie den

Lenkflugkörper auf sehr hohe Maximalgeschwindigkeiten. Die von dem Lenkflugkörper erreichte Maximalgeschwindigkeit kann ein Vielfaches der Schallgeschwindigkeit betragen. Diese hohen Geschwindigkeiten des Lenkflugkörpers können unerwünschte Effekte mit sich bringen. Beispielsweise kann sich die Struktur aerodynamisch aufheizen. Bei Lenkflugkörpern mit Infrarotsuchkopf wird dann die Fähigkeit, sich automatisch ins Ziel zu lenken, beeinträchtigt oder beseitigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln solche überhöhten Geschwindigkeiten des Lenkflugkörpers zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Sperreinrichtung, durch welche die Freigabe des Lenkflugkörpers gegenüber dem Zünden des Raketentriebwerks um eine vorgebbare Verzögerungszeit verzögerbar ist.

Nach der Erfindung wird bei einem konventionellen Feststoff-Raketentriebwerk mit nur einem Treibsatz eine überhöhte Maximalgeschwindigkeit des Lenkflugkörpers dadurch vermieden, daß erforderlichenfalls der Flugkörper nach dem Z.ünden des Raketentriebwerks

zunächst noch am Flugzeug zurückgehalten wird. Der Start des Lenkflugkörpers wird erst freigegeben, wenn ein Teil der installierten Antriebsenergie verbrannt ist. Der Impuls des Raketentriebwerks wirkt in diesem Fall auf das Gesamtsystem Flugzeug plus Flugkörper. Infolge der

großen Masse des Flugzeugs und der großen Trägheitsmomente sind die Reaktionen des Flugzeugs qering. Der Fall, daß ein Raketentriebwerk durch Verklemmen am Flugzeug vollständig abbrennt (Hangfire) tritt auch bei bekannten Starteinrichtungen gelegentlich auf und wird vom Piloten gemeistert. Das Flugzeug nimmt dabei keinen

Schaden. Es ist daher auch möglich, einen Teil der installierten Antriebsenergie des Feststoff-Raketentriebwerk aiii Flugzeug zu verbrennen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Verriegelungsvorrichtung für Lenkflugkörper.
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Fig. 2 zeigt in ähnlicher Darstelluna eine abgewandelte Ausführungsform.

Die Verriegelungsvorrichtung 10 für einen Lenkflugkörper 12 enthält eine Sperrklinke 14 mit einer einen Anschlag 16 bildenden Nase 18. Die Sperrklinke 14 ist um eine Schwenkachse 20 verschwenkbar. Die Schwenkachse 20 wird von einem Lagerzapfen bestimmt, der in einem gekrümmten Langloch 22 der Sperrklinke 14 geführt ist. Die Sperrklinke 14 liegt mit einer Kante 24 auf dem Rand 26 eines in dem Startgerät vorgesehenen Durchbruchs auf. Die Nase 18 ragt in den Durchbruch hinein. Dabei greift der Anschlag 16 über einen an dem Lenkflugkörper 12 vorgesehenen Führungsschuh 28. Der Lenkflugkörper 12 ist in dem ^ Startgerät waagerecht in der Figur beweglich geführt. Die Nase 18 mit dem Anschlag 16 ragt auf der einen Seite in die Bahn des Vorsprungs 28 und verhindert so eine Bewegung des Lenkflugkörpers 12 nach links in der Figur. Eine zweite Nase an der Sperrklinke 14, die in den Durchbruch auf der anderen Seite des Vorsprungs ragt, begrenzt die Bewegung des Lenkflugkörpers 12 nach rechts in der Figur.

Auf die Sperrklinke 14 wirkt eine Vorlast 32 in Form einer vorgespannten Feder. Diese übt auf die Sperrklinke 14 ein Drehmoment um die Schwenkachse 20 entgegen dem Uhrzeigersinn aus, welches die Kante 24 in Anlage an dem Rand 26 hält, so daß sich die Sperrklinke 14 mit dem Anschlag 16 in Wirkstellung befindet.

Nach dem Zünden des Raketentriebwerks des Lenkflugkörpers 12 baut sich ein nach links in der Figur gerichteter Triebwerkschub auf, der in der Figur durch den Pfeil 34 angedeutet ist. Dieser Triebwerkschub wirkt über den Vorsprung 28 auf den Anschlag 16 und sucht den Anschlag 16 wegzudrücken und die Sperrklinke 14 dabei gegen die Wirkung der Feder 32 im Uhrzeigersinn zu verschwenken. Wenn man einmal zunächst von der noch zu beschreibenden Sperreinrichtung 36 absieht, geschieht dies, sobald sich ein hinreichend großer Triebwerkschub aufgebaut hat, der einen einwandfreien Start des Lenkflugkörpers gewährleistet.

Das ist im wesentlichen die bekannte Konstruktion einer vom Triebwerkschub auslösbaren Verriegelungsvorrichtung.

Bei der dargestellten bevorzugten Ausführung ist die Sperreinrichtung 36 vorgesehen, die in einer in der Figur dargestellten Sperrstellung mit einer Riegelfläche 38 der Sperrklinke 14 so zusammenwirkt, daß eine Verschwenkung der Sperrklinke 14 unter dem Einfluß des auf den Anschlag 16 wirkenden Triebwerkschubs 34 verhindert wird, bis die Sperreinrichtung 36 in eine Freigabestellung geht.

Die Sperreinrichtung 3 6 enthält einen Kniehebelmechanismus 40 mit einem ersten Lenker 42, der an einem Ende in einer Lagerung 44 gestellfest angelenkt ist, und einem zweiten Lenker 46, der mit einem Ende über ein Gelenk 48 an dem anderen Ende des ersten Lenkers angelenkt

ist und sich mit seinem anderen Ende, links in der Figur, an der Riegelfläche 38 abstützt. Die Riegelfläche 38 ist dabei leicht konkav geformt um ein Abrutschen deS Lenkers 46 zu verhindern. Die Lenker 42 und 46 kommen an einem Anschlag 50 zur Anlage, so daß sie einen stark stumpfen Winkel von fast 180° bilden. Der Anschlag 50 liegt in diesem Winkel. An dem Gelenk 48 zwischen den beiden Lenkern greift ein Hubglied 52 an, durch das in einem Betriebszustand das Gelenk 48 in Anlage an dem Anschlag 50 gehalten wird und in einem anderen Betriebszustand das Gelenk im Sinne einer Verkleinerung des Winkels zwischen den Lenkern 42 und 46 bewegbar ist. Der Anschlag 50 ist gestellfest angebracht. Das Hubglied 52 ist ein Hubmagnet, durch den das Gelenk 48 an den Anschlag anlegbar oder von dem Anschlag 50 abhebbar ist. Der Hubmagnet 52 ist auf der dem Anschlag 50 abgewandten Seite des Kniehebelmechanismus 40 angeordnet. Der Hubmagnet 52 ist bei Erregung in einer Arbeitsstellung, in welcher er den Kniehebelmechanismus in seiner Sperrstellung hält. Beim Abschalten der Erregung ist der Hubmagnet durch eine Rückstellkraft, z.B. eine Feder, in seine Freigabestellung bewegbar.

In der Sperrstellung wird das Gelenk 48 bzw. der Kniehebelmechanismus 40 gegen den Anschlag 50 gedrückt. Die Lenker 42 und 46 bilden dabei einen Winkel von fast 180 . Der Hubmagnet 52 braucht daher nur eine sehr geringe Kraft auszuüben, um die Lenker 42,46 in dieser Lage zu halten, auch wenn durch den Triebwerkschub, der ^O die Sperrklinke 14 im Uhrzeigersinn zu verschwenken trachtet, eine recht große Kraft über die Riegelfläche 38 auf den Lenker 4 6 ausgeübt wird.

Das ist aus dem in der Figur eingezeichneten Kräftedreieck ersichtlich: Mit dem Vektor 54 ist die Kraft

bezeichnet, die in Längsrichtung des Lenkers 46 wirksam wird. Die Horizontalkomponente davon (in der Figur gesehen) wird über den Lenker 4 2 und die Lagerung 44 aufgenommen. Das ist durch den Vektor 56 dargestellt. Der Hubmagnet 52 braucht nur die relativ kleine, durch den Vektor 58 dargestellte Kraft aufzubringen. Wenn die Erregung des Hubmagneten 52 abgeschaltet wird, zieht die Rückstellkraft das Gelenk 48 nach oben in der Figur, so daß sich der Winkel zwischen den Lenkern 42 und 4 6 verringert. Dadurch kann sich die Riegelfläche nach rechts in der Figur bewegen. Die Sperrklinke 14 kann sich unter dem Einfluß des Triebwerkschub 34 im Uhrzeigersinn verschwenken. Der Anschlag 16 weicht aus der Bahn des Führungsschuh 28 nach links oben aus, und der Lenkflugkörper 12 wird freigegeben.

Mittels einer Sperreinrichtung 3 6 kann die Freigabe des Lenkflugkörpers 12 gegenüber dem Zünden des Raketentriebwerks um eine vorgegebene Verzögerungszeit verzögert werden. Diese Verzögerungszeit kann vom Piloten eingegeben werden. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist ein Rechner 60 vorgesehen, auf den Zustandsgrößen, z.B. Flughöhe h, Fluggeschwindigkeit ν und Temperatur T, aufgeschaltet sind, welche die dem

²^ Lenkflugkörper durch das Raketentriebwerk erteilte Maximalgeschwindigkeit bestimmen. Der Rechner 60 bestimmt aus diesen Zustandsgrößen eine Verzögerungszeit, während welcher ein solcher Anteil des Treibstoffs abbrennt, daß die dem Lenkflugkörper 12 durch das Raketentriebwerk mit.

dem verbleibenden Treibstoff erteilte Maximalgeschwindigkeit auf einen vorgegebenen, zulässigen Wert begrenzt ist. Die Verriegelungsvorrichtung 10 ist durch den Rechner 60 so gesteuert, daß die Freigabe des Lenkflugkörpers 12 nach Zünden des Triebwerks mit der von dem Rechner bestimmten Verzögerungszeit erfolgt.

* Die beschriebene Verriegelungsvorrichtung ist einfach im Aufbau. Sie löst das eingangs geschilderte Problem. Die Konstruktion ist dabei so, daß vorhandene, konventionelle Verriegelungsvorrichtungen leicht durch Einbau der Sperreinrichtung 36 umrüstbar sind.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei welcher das Hubglied 52 eine im wesentlichen waagerechte Hubbewegung ausführt. Der Grundaufbau ist bei der Ausführung nach Fig. 2 ähnlich wie bei Fig. 1, und entsprechende Teile sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1.

Das Hubglied 52 greift an dem Gelenk 48 über ein schwenkbares Zwischenglied 62 an, das durch das Hubglied 52 zwischen einer ersten, in Fig. 2 dargestellten Stellung, in welcher es das Gelenk 4 8 in Anlage an dem Anschlag hält, undeiner zweiten Stellung verschwenkbar ist, in welcher es das Gelenk 48 freigibt. Das Zwischenglied

ist um eine Schwenkachse 64 verschwenkbar. In dem in Fig. 2 dargestellten Betriebszustand, in welchem das Gelenk 48 an dem Anschlag 50 anliegt, verläuft die Schwenkachse 64 des Zwischenglieds 62 im wesentlichen durch die Winkelhalbierende -des stumpfen Winkels zwischen den

beiden Lenkern 42,46. Das Zwischenglied 62 ist eine Nockenscheibe von dreieckiger Grundform. An einer Ecke des Dreiecks weist die Nockenscheibe eine abgerundete Kontur 66 auf, an die sich eine Schrägfläche 68 anschließt, die zu einer Ecke 70 führt, die einen geringeren

Abstand von der Schwenkachse 64 hat als die abgerundete Kontur 66. Das Zwischenglied 62 wird von einer vorgespannten Feder 72 in der ersten Stellung gehalten und durch das Hubglied 52 gegen die Wirkung dieser Feder entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Auf diese Weise kann das Hubglied 52 normalerweise, d.h. während des Tragfluges, stromlos sein.

Bei der beschriebenen Anordnung ergibt sich in dem dargestellten ersten Betriebszustand eine selbsthemmende Verriegelung. Das Zwischenglied 62 sitzt mit der abgerundeten Kontur auf dem Gelenk 48. Die Wirklinie einer das Gelenk 48 durchknickenden resultierenden Kraft geht durch die Schwenkachse 64 des Zwischenglieds 62. Diese Kraft übt somit kein Moment auf das Zwischenglied 62 aus. Durch diese selbsthemmende Verriegelung wird eine größere Betriebssicherheit der Verriegelungsvorrichtung bei Längs- und Querbeschleunigungen während des Tragfluges erreicht.

Die Freigabe der Verriegelungsvorrichtung erfolqt wiederum durch den Rechner 60, von dem die Versorgungsspannung für das Hubglied 52 eingeschaltet wird. Das Hubglied 52 zieht daraufhin das Zwischenglied 62 nach rechts in Fig. 2. Dadurch kann der Kniehebelmechanismus 40 mit. den beiden Lenkern 42,46 von der Sperrklinke 14 mit geringer Kraft ausgelenkt werden. Der Flugkörper 12 wird dadurch freigegeben.

Nach Abschuß des Flugkörpers 12 wird das Zwischenglied 62 von der vorgespannten Feder 72 wieder nach links in Fig. gedrückt. Der Kniehebelmechanismus 40 wird dabei von der Schrägfläche 68 des Zwischenglieds 62 wieder in die dargestellte Betriebsstellung (Sperrstellung) gebracht.

Claims

Patentansprüche

Verriegelungsvorrichtung für Luft-Luft-Lenkflugkörper mit Feststoff-Raketentriebwerk, gekennzeichnet durch eine Sperreinrichtung (36), durch welche die Freigabe des Lenkflugkörpers (12) gegenüber dem Zünden des Raketentriebwerks um eine vorgebbare Verzögerungszeit verzögerbar ist.
2. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein Rechner (60) vorgesehen ist, auf den Zustandsgrößen aufgeschaltet sind, welche die dem Lenkflugkörper (12) durch das Raketentrieb

werk erteilte Maximalgeschwindigkeit bestimmen,

(b) der Rechner (60) aus diesen Zustandsgrößen eine Verzögerungszeit bestimmt, während welcher

³^ , ein solcher Anteil des Treibstoffs abbrennt, daß die dem Lenkflugkörper (12) durch das Raketentriebwerk mit dem verbleibenden Treibstoff erteilte Maximalgeschwindigkeit auf einen

vorgegebenen zulässigen Wert begrenzt ist, und 35

(c) die Verriegelungsvorrichtung (10) durch den

Rechner (60) so gesteuert ist, daß die Freigabe des Lenkflugkörpers (12) nach Zünden döB Triebwerks mit der von dem Rechner (60) bestimmten Verzögerungszeit erfolgt.
3. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

(a) eine um eine Schwenkachse (20) verschwenkbare Sperrklinke (14) , die mit einem Anschlag (16) über.einen an dem Lenkflugkörper (12) angebrachten Führungsschuh (28) greift,

(b) eine auf die Sperrklinke (14) wirkende Vorlast (32), durch welche die Sperrklinke (14) mit dem Anschlag (16) in Wirkstellung gehalten wird, und

(c) eine Riegelfläche (38) an der Sperrklinke (14), die mit der Sperreinrichtung (36) in einer Sperrstellung derselben so zusammenwirkt, daß eine Verschwenkung der Sperrklinke (14) unter dem Einfluß des auf den Anschlag (16) wirkenden Triebwerkschubs (34) verhindert wird,

bis die Sperreinrichtung (36) in eine Freigabestellung geht.
4. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (36)

(a) einen Kniehebelmechanismus (40) enthält mit

(a..) einem ersten Lenker (42), der an einem Ende gestellfest angelenkt sein kann, und

(a.~) einem zweiten Lenker (46), der mit einem

Ende an dem anderen Ende des ersten Lenkers (42) angelenkt ist und sich mit seinem anderen Ende an' der Riegelfläche

(38) abstützt, sowie

(b) einen Anschlag (50), an welchem die Lenker (42,46) so zur Anlage kommen, daß sie einen stark stumpfen Winkel bilden, in welchem der Anschlag (50) liegt, und

(c) ein an dem Gelenk (48) zwischen den beiden Lenkern (42,46) angreifendes Hubglied (52), durch welches in einem Betriebszustand das Gelenk (48) in Anlage an dem Anschlag (50)

gehalten wird und in einem anderen Betriebszustand das Gelenk (48) im Sinne einer Verkleinerung des Winkels bewegbar ist.
5. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Anschlag (50) gestellfest angebracht ist

und
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(b) das Hubglied (52) ein Hubmagnet ist, durch den das Gelenk (48) an den Anschlag (50) andrückbar oder von dem Anschlag (50) abhebbar ist.

°
6. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubmagnet (52) auf der dem Anschlag (50) abgewandten Seite des Kniehebelmechanismus (40) angeordnet ist.
7. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Hubmagnet (52) bei Erregung in einer

B Arbeitsstellung ist, in welcher er den Knie

hebelmechanismus (40) in seiner Sperrstellung hält und

(b) der Hubmagnet (52) beim Abschalten der Erregung durch eine Rückstellkraft in seine Freigabestellung bewegbar ist.
8. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubglied (52) an dem Gelenk

(48) über ein schwenkbares Zwischenglied (62) angreift, das durch das Hubglied (52) zwischen einer ersten Stellung, in welcher es das Gelenk (48) in Anlage an dem Anschlag (50) hält, und einer zweiten Stellung verschwenkbar ist, in welcher es das Gelenk

(48) freigibt.
9. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse des Zwischenglieds (62) in dem einen Betriebszustand im wesentliehen durch die Winkelhalbierende des stumpfen

Winkels zwischen den beiden Lenkern (42,46) verläuft.
10. Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied (62)

° eine Nockenscheibe ist.