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Die Erfindung betrifft einen Überschallseiteneinlauf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiger aus der US-PS 41 21 606 bekannter Überschallseiteneinlauf ist unterseitig an einem durch Flügel lenkbaren Marschflugkörper angeordnet, wo er zur Nachbeschleunigung gemeinsam mit einem Luft-Grenzschichtabweiser um ein körperfestes Scharnier aus einer Schließposition in eine Öffnungsposition in Flugrichtung ausschwenkbar ist. Der Überschallseiteneinlauf enthält eine flexible Außenwand, die in der Schließposition zusammengefaltet ist und zur Sicherung ein flächendeckendes Sicherungselement in Form einer zusätzlichen mit der Außenkontur des Marschflugkörpers übereinstimmenden Sicherungsplatte benötigt. Bevor der Überschallseiteneinlauf in die Öffnungsposition geschwenkt werden kann, ist es erforderlich, die Sicherungsplatte vom Flugkörperrumpf zu lösen. Beim Einsatz derartiger Seiteneinläufe in Artilleriegeschosse besteht durch die Flexibilität der Außenwand und die vergleichsweise wesentlich höhere Fluggeschwindigkeit die Gefahr, daß die Außenwand während des Fluges durch Ausbeulen und Flattern oder bereits aufgrund der um den Faktor 1000 größeren Abschußbeschleunigung beschädigt wird. Des weiteren kann nachteiligerweise dieser Seiteneinlauf, aufgrund der entfaltbaren Außenwand, nicht mehr geschlossen werden, so daß auch während des Fluges nach der Phase der Nachbeschleunigung ein hoher Luftwiderstand besteht. Der Luftwiderstand des Seiteneinlaufs erfordert des weiteren, aufgrund der einseitigen Anordnung am Rumpf, eine Lenkung des Flugkörpers durch die Flügel. Dadurch, daß die Länge des Grenzschichtabweisers durch die Seiteneinlauflänge bestimmt wird, kann eine Luft-Widerstandsverminderung des Grenzschichtabweisers durch eine Verkleinerung des Abgleitwinkels nur durch eine Vergrößerung des für den Grenzschichtabweiser und den Seiteneinlauf benötigten gemeinsamen Raumbedarf im Flugkörper erzielt werden.
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Aus der US-PS 36 59 424 ist für eine Staustrahlrakete ebenfalls ein beweglicher Überschallseiteneinlauf bekannt, der jedoch für den Öffnungsvorgang aus einer Schließposition zusätzlich zu einer Schwenkbewegung parallel zur Raketenachse verschoben werden muß. Die U-profilartig angeordneten Seitenwände des Seiteneinlaufs befinden sich in der Schließposition im Bereich des durch die rumpfseitige Begrenzung des Seiteneinlaufs gebildeten Öffnungsquerschnittes. Dieser Seiteneinlauf benötigt für den Längsverschub einen erheblichen Raumbedarf und überlappt in geöffneter Position einen um einen separaten Drehpunkt schwenkbaren Luftgrenzschichtabweiser. Die Schwenkbewegung des Grezschichtabweisers wird durch eine Feder ermöglicht, die das heckseitige Ende des außenseitig als Rampe ausgebildeten Grenzschichtabweisers bei einem geöffneten Seiteneinlauf zur Bildung eines durchgehenden Einlaufkanals nach außen schwenkt. Dadurch, daß der vor dem Drehpunkt sich befindliche Bereich des Grenzschichtabweisers außerhalb des Raketenrumpfes angeordnet ist und während einer Schließbewegung des Seiteneinlaufs weiter nach außen um den Drehpunkt geschwenkt wird sowie der als ebene Fläche ausgebildete außenliegende Teil des Seiteneinlaufs in Befestigungsschienen ebenfalls außerhalb des Raketenrumpfes geführt wird, bildet eine derartige Anordnung jedoch ein erhebliches "Totvolumen", wenn es gilt, Staustrahlantriebe mit ausschwenkbaren Überschallseiteneinläufen für die Nachbeschleunigung von Artilleriegeschossen einzusetzen. Die Seiteneinläufe werden jeweils durch beispielsweise pneumatisch antreibbare Zylinder bewegt, wodurch sich ungleichmäßige Öffnungsbewegungen der Seiteneinläufe und somit nachteilige Richtungsänderungen der Rakete durch ggfs. unterschiedliche Luftwiderstände nicht vermeiden lassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen mit sehr hoher Geschwindigkeit fliegenden Flugkörper mehrfach auf dem Rumpfumfang angeordnete Überschallseiteneinläufe mit Flugkörper-Grenzschichtabweisern für einen luftatmenden Staustrahlantrieb derartig auszubilden, daß eine gleichmäßige Nachbeschleunigung ohne Richtungsänderung des Flugkörpers unter Berücksichtigung einer Volumen- und Nutzlast-optimalen Luftversorgung und eine gleichmäßige Schließung der Seiteneinläufe während des Fluges möglich ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung geht aus dem Unteranspruch hervor.
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Die Erfindung verdeutlicht in vorteilhafter Weise die Einsatzmöglichkeit von schwenkbaren Überschallseiteneinläufen eines Staustrahlantriebes für die Nachbeschleunigung eines vollkalibrigen Artilleriegeschosses, welches dadurch in einer raumsparenden kompakten Bauweise mit einem hohen Nutzlastanteil herstellbar ist, ohne daß auf die Vorteile einer Nachbeschleunigung, zur Erzielung von Reichweiten beispielsweise größer 40 km, verzichtet werden muß.
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Die scharnierartige Befestigung der Überschallseiteneinläufe im mittleren Längenbereich des Geschoßrumpfes garantiert zusammenwirkend mit einer im Geschoß angeordneten Öffnungs- und Schließeinrichtung ein gleichzeitiges und gleichmäßiges Öffnen und Schließen der mehrfach auf dem Geschoßumfang angeordneten Überschallseiteneinläufe. Dadurch wird sichergestellt, daß während des Rohrdurchlaufs des Geschosses die Überschallseiteneinläufe geschlossen sind und diese nach Verlassen des Rohres durch den Öffnungsmechanismus gleichmäßig, ohne die Flugrichtung des Geschosses zu beeinflussen, zur Druckrückgewinnung geöffnet werden.
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Zur Erzielung geringer Druckverluste und Vermeidung des Eintritts der Flugkörper-Grenzschicht in die geöffneten Überschallseiteneinläufe sind in radialer Richtung parallel zur Geschoßachse verschiebbare Grenzschichtabweiser vorgesehen, die nur bei ausgeklappten Überschallseiteneinläufen wirksam werden können. Die Grenzschichtabweiser sind außenseitig dem Rumpfaußendurchmesser angepaßt und befinden sich während des Geschoßdurchlaufs durch das Waffenrohr gemeinsam mit den Überschallseiteneinläufen in einer in dem Geschoßrumpf eingerückten Stellung. In vorteilhafter Weise sind die Überschallseiteneinläufe und Grenzschichtabweiser, um den Luftwiderstand nach einer durch das Triebwerk erfolgten Beschleunigungsphase zu verringern, durch die Öffnungs- und Schließeinrichtung ebenfalls wieder in diese Schließstellung einrückbar.
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Die Überschallseiteneinläufe sind als Teil der Geschoßwand außenseitig der Rumpfwölbung angepaßt und klappenförmig ausgebildet, wobei durch ein U-förmiges Hohlprofil ein Einschwenken der dünnwandigen Seitenwände in raumsparende durch den Schwenkradius begrenzte Schlitze des Geschoßrumpfes ermöglicht wird.
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Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 in einer Längsansicht ein vollkalibriges Artilleriegeschoß mit ausgeklappten Überschallseiteneinläufen für ein Staustrahltriebwerk und einem heckseitig ausgeklappten Leitwerk;
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Fig. 2 in einem Teillängsschnitt des Geschosses die Anordnung aufgeklappter Überschallseiteneinläufe und Grenzschichtabweiser;
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Fig. 3 in einem abschnittsweise dargestellten Querschnitt des Geschosses entlang der in Fig. 2 angegebenen Fläche III-III das Hohlprofil eines Seiteneinlaufs;
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Fig. 4 in einem abschnittsweise dargestellten Querschnitt des Geschosses den in Fig. 3 dargestellten Seitenlauf in mehrfacher im Geschoßrumpf eingeklappter Anordnung.
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Fig. 1 zeigt ein Geschoß 5, bei dem im mittleren Längenbereich mehrfach auf dem Geschoßrumpf 4 in Flugrichtung 2 aufklappbare Überschallseiteneinläufe 1 und dazugehörige Grenzschichtabweiser 6 für einen nicht dargestellten Staustrahlantrieb angeordnet sind. Die Überschallseiteneinläufe 1 und Grenzschichtabweiser 6 sind vor und während des Durchlaufs des Geschosses 5 durch ein nicht dargestelltes Waffenrohr bis auf den Rumpfaußendurchmesser "d" zusammengeklappt und nach Verlassen des Rohres durch ein Scharnier 3 (Fig. 2) und eine Öffnungs- und Schließeinrichtung 15 (Fig. 2) zum Erreichen einer günstigen Wirkposition aufklappbar.
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In Abstimmung mit dem Profil der in Fig. 2 dargestellten Rampe 13 des Überschallseiteneinlaufs 1 und des Grenzschichtabweisers 6 wird bei geringen Druckverlusten eine hohe Druckrückgewinnung bei geringen Öffnungswinkeln α (Fig. 2) in einem Winkelbereich bis 20° erzielt. In aufgeklappter Stellung ragen in Wirkposition die Grenzschichtabweiser 6 wenigstens in einer der Flugkörper-Grenzschicht entsprechenden Höhe h bei einem geringen Keilwinkel β - beispielsweise β = 10° - aus dem Geschoßrumpf 5 hervor. Im vorderen Bereich des Geschosses 5 befindet sich zwischen dem Überschallseiteneinlauf 1 und der Geschoßspitze 21 Brennstoff 22 in einem Gasgenerator und - nicht dargestellt - die Nutzlast, die beispielsweise einen Suchkopf, eine Leuchteinheit und ein Wirkteil enthalten kann.
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Im heckseitigen Teil des Geschosses 5 befindet sich - nicht dargestellt - die Brennkammer mit Schubdüse und ein an sich bekanntes nach Verlassen des Waffenrohres aufklappbares Leitwerk 23.
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Fig. 2 verdeutlicht in einer vergrößerten Darstellung die Anordnung der Überschallseiteneinläufe 1 und deren Öffnungs- und Schließeinrichtung 15 sowie die Anordnung der Grenzschichtabweiser 6. An ihrem heckseitigen Ende ist dabei jeder Überschallseiteneinlauf 1 am Rumpf 4 des vollkalibrigen Geschosses 5 in einem Scharnier 3 gelagert. Zur Gewährleistung gleichmäßiger und gleichzeitiger Öffnungs- und Schließbewegungen in vornehmlich radialer Schwenkrichtung 10 sind jeweils die Überschallseiteneinläufe 1 über Formschlußmittel 17 mit der im Rumpfgehäuse gelagerten und geschoßaxial beweglichen Öffnungs- und Schließeinrichtung 15 verbunden, welche in nicht dargestellter Weise über ein Kraftelement pyrotechnisch, pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch antreibbar ist.
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Die Öffnungs- und Schließeinrichtung 15 kann dabei als Ring 16 ausgebildet sein, mit welchem die beispielsweise als Stangen ausgebildeten Formschlußmittel 17 eine Verbindung mit dem hinteren Ende der Rampe 13 herstellen, wobei die Stangen an ihren Enden gelenkartig befestigt sind.
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Die Unterseite ist bei jedem Überschallseiteneinlauf 1 als Rampe 13 ausgebildet, wodurch die anströmende Luft umgelenkt und dabei verdichtet wird. Die Außenseite 12 der Rampe 13 ist hingegen derartig ausgebildet, daß sie eine nach Schließen der Überschallseiteneinläufe 1 der Rumpfwölbung angepaßte Kontur enthält.
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Innerhalb eines vor und vom vorderen Ende eines jeden Überschallseiteneinlaufs 1 überlappten Bereiches ist jeweils ein Grenzschichtabweiser 6 in einer Ausnehmung 18 des Rumpfes 4 geführt angeordnet, der gegen die Kraft wenigstens eines Federelementes 19 und durch die Schließbewegung des Überschallseiteneinlaufs 1 aus der Wirkstellung in die dem Außendurchmesser d des Rumpfes 4 entsprechende Schließstellung 24 radial beweglich zur Geschoßachse 8 einrückbar ist. Die Federelemente 19 sind entweder im Geschoß 5 oder im Grenzschichtabweiser 6 befestigt. Während des Öffnens des Überschallseiteneinlaufs 1 werden durch die Federelemente 19 die Grenzschichtabweiser 6 aus der Ausnehmung 18 herausgedrückt, wobei jedoch der Hub durch einen nicht dargestellten Anschlag in radialer Richtung fixiert ist.
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Die maximale Breite der dreieckförmig ausgebildeten Grenzschichtabweiser 6 entspricht dem Abstand der parallel angeordneten zum vorderen Ende spitz zulaufenden Seitenwände 11 (Fig. 3, 4) des Überschallseiteneinlaufs 1, wodurch die gesamte Flugkörpergrenzschicht seitlich abgeführt wird.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen die Überschallseiteneinläufe 1, einerseits in geöffneter Wirkposition, in der die Rampe 13 eine um den Winkel α (Fig. 2) geneigte Stellung eingenommen hat, und andererseits in der Schließstellung 24.
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Die gemeinsam mit der Rampe 13 ein U-förmiges Hohlprofil 9 bildenden Seitenwände 11 tauchen beim Schließvorgang in parallel zur radialen Schwenkrichtung 10 im Rumpf 4 angeordnete Schlitze 14 ein. Entsprechend Fig. 3 enthält das U-förmige Hohlprofil näherungsweise einen quadratischen Einlaufquerschnitt, wobei letzterer jedoch auch rechteckig sein kann. Die Überschallseiteneinläufe können in unterschiedlicher Anzahl gleichmäßig verteilt auf dem Geschoßumfang angeordnet sein. Fig. 4 verdeutlicht ausschnittsweise die Anordnung von vier geschlossenen in den Geschoßrumpf 4 eingerückten Überschallseiteneinläufe 1.
- Bezugszeichenliste
1 Überschallseiteneinlauf
2 Flugrichtung
3 Scharnier
4 Rumpf
5 Geschoß
6 Grenzschichtabweiser
8 Geschoßachse
9 Hohlprofil
10 Schwenkrichtung
11 Seitenwand
12 Außenseite
13 Rampe
14 Schlitz
15 Öffnungs- und Schließeinrichtung
16 Ring
17 Formschlußmittel
18 Ausnehmung
19 Federelement
21 Geschoßspitze
22 Brennstoff
23 Leitwerk
24 Schließstellung
25 Richtung
d Rumpfaußendurchmesser
h Höhe
α Öffnungswinkel
β Keilwinkel