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Das Vorderteil des Flugzeuges kann auch eine dünnwandige
im
wesentlichen kegelige Spitzenhülle aufweisen, die um einen Lagerpunkt auf der Flugkörperlängsachse
allseitig verschwenkbar ist. Diese Lagerung wird vorzugsweise so ausgelegt, daß
der aerodynamische Druckpunkt und der Lagerpunkt der Spitzenhülle für eine bestimmte
Flugkörpergeschwindigkeit möglichst zusammenfallen. Hierdurch kann bei nur geringen
Stellkräften die Spitzenhülle schnell verstellt werden. Eine stabilisierende Druckpunktwanderung
hinter den Schwerpunkt der Spitzenhülle bei erhöhter Flugkörpergeschwindigkeit ermöglicht
bei gleichbleibender Auslenkkraft eine verringerte Auslenkung, wodurch eine bessere
Anpassung an die Ruderwirksamkeit in extrem unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereichen
erzielbar ist. Die Spitzenhülle wird vorzugsweise mit Hilfe eines Fluides, insbesondere
Heißgas verstellt. Für eine kleinere Manöverkapazität des Flugkörpers ist auch Stauluft
als Energiequelle für die Verstellung der Spitzenhülle ausreichend. Die Stauluft
tritt am vorderen Ende der Spitzenhülle ein; direkt unter dem hinteren Rand der
Spitzenhülle sind Ausblasöffnungen vorgesehen, aus denen das Fluid gesteuert austritt.
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Bei der Betätigung der Spitzenhülle mit Hilfe eines Gasgenerators
sind noch zusätzliche Ausblasöffnungen vorgesehen, die ebenfalls symmetrisch um
die Flugkörper-Längsachse verteilt sind und hinter der Spitzenhülle ins Freie münden.
Hiermit kann ein besonderer strömungsthermodynamischer Effekt ausgenutzt werden:
Bei einem Nullkommando läßt man aus diesen Ausblasöffnungen ständig Gas ins Freie
austreten, so daß sich wirkungsgleiche Gasstrahlen ergeben, die alle auf den Flugkörper
die gleiche Querkraft ausüben, so daß die Resultierende Null ist entsprechend des
gewünschten Nullkommandos. Bei einer Anstellung des Flugkörpers durch eine Störung
ergeben sich auf der Luv- und Leeseite unterschiedliche Strömungsverhältnisse und
durch thermofluiddynamische Reaktionen zwischen dem aus den zusätzlichen Ausblasöffnungen
ausströmendem Gas und der den Flugkörper mit Überschallgeschwindigkeit anströmenden
Luft unterschiedliche Querkräfte, die den Flugkörper selbsttätig wieder in den idealen
Flugzustand überführen.
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Die Konstruktion des angegebenen Flugkörpers ist einfach, ohne daß
dessen Kaliber vergrößert wird. Hiermit können auch rohrverschossene nichtrotierende
Granaten ausgerüstet werden.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Die Erfindung ist in vier Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung
näher erläutert. In der Zeichnung stellt dar F i g. 1 einen schematischen Querschnitt
durch eine mit Überschallgeschwindigkeit fliegende Granate mit einer beweglich gelagerten
Spitzenhülle zur aerodynamischen Steuerung gemäß der Erfindung; F i g. 2 einen Querschnitt
durch den vorderen Teil einer mit Überschallgeschwindigkeit fliegenden Granate mit
beweglich gelagerter Spitzenhülle, die mit Hilfe von Stauluft verstellt wird; F
i g. 3 einen Querschnitt durch den vorderen Teil einer Granate nach einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung und F i g. 4 einen Querschnitt durch den vorderen
Teil einer Granate gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Eine in F i g. 1 gezeigte Granate 1 weist ein Vorderteil V sowie
ein zylindrisches Granatengehäuse 2 mit einer Längsachse 3 auf, das sich im Bereich
der Granatenspit-
ze zu einem Konus 4 verjüngt. Am vorderen Ende des Konus ist ein
Lager 5 für eine, den Konus mit Zwischenraum 6 umgebende Spitzenhülle 7 vorgesehen,
in dem die Spitzenhülle um einen Lagerpunkt 8 in allen Richtungen frei schwenkbar
ist. Dieses Lager kann z. B. ein Spitzenlager oder eine Kugelführung sein. Die dünnwandige
kegelige Spitzenhülle 7 erstreckt sich annähernd über den gesamten konischen Bereich
4 und endet mit ihrer Hinterkante 9 so, daß die Spitzenhülle 7 dort nicht den Durchmesser
des zylindrischen Granatengehäuses 2 überschreitet.
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Im vorderen Bereich des Granatengehäuses 2 ist ein Gasgenerator 10
angeordnet, von dem mehrere Kanäle 11 in Richtung auf die Flugkörperspitze abzweigen,
die jeweils zu Steuerventilen 12 führen, die als Heißgasschaltventile ausgebildet
sind. Es sind z. B. sechs derartige Steuerventile 12 vorgesehen, die rotationssymmetrisch
um die Längsachse 3 der Granate 1 angeordnet sind. Von diesen Steuerventilen 12
zweigen jeweils radial nach außen Steuerleitungen 13 ab, die jeweils direkt unter
der hinteren Kante 9 der Spitzenhülle 7 in den Zwischenraum 6 münden. Außerdem zweigen
von den einzelnen Steuerventilen noch radial nach hinten gerichtete Kanäle 14 ab,
die hinter der hinteren Kante 9 der Spitzenhülle 7 ins Freie münden. Alle Kanäle
14 sind mit einem Ringkanal 15 untereinander verbunden. Im Bereich der Steuerleitungen
13 ist die dünnwandige Spitzenhülle 7 in Richtung auf den hinteren Rand konisch
verjüngt. Diese konische Verjüngung 16 kann Schlitze oder Löcher 17 und Stege 17a
aufweisen.
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Die Spitzenhülle 7 ist so ausgebildet und der Lagerpunkt 8 des Lagers
5 so angeordnet, daß der aerodynamische Druckpunkt der Spitzenhülle möglichst mit
dem Lagerpunkt 8 zusammenfällt.
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Wird die Granate 1 nicht gesteuert, demnach ein Nullkommando gewünscht,
so sind während des Abbrandes des Gasgenerators 10 sämtliche Steuerventile 12 so
geschaltet, daß die Kanäle 14 offen, die Steuerleitungen 13 jedoch geschlossen gehalten
sind. Durch die Kanäle 14 wird Heißgas aus dem Gasgenerator ins Freie geblasen,
wobei die einzelnen austretenden Heißgasstrahle wirkungsgleich sind, d. h. auf die
Granate alle die gleiche Querkraft ausüben. Die Resultierende ist entsprechend des
gewünschten Nullkommandos Null.
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Soll die Granate in eine andere Flugrichtung gelenkt werden, so werden
eins oder mehrere der Steuerventile 12 so betätigt, daß jetzt die zugeordneten Kanäle
14 abgeschlossen werden und Heißgas durch die entsprechenden Steuerleitungen 13
geleitet wird. Das Heißgas wirkt auf die Spitzenhülle 7 im Bereich der Verjüngung
16 und verschwenkt diese in die neue gewünschte Flugrichtung. Die Spitzenhülle 7
nimmt gegenüber der Längsachse 3 der Granate und gegenüber der Anströmrichtung der
umgebenden Luft einen Anstellwinkel ein, der aufgrund der jetzt geänderten Strömungsverhältnisse
zu beiden Seiten der Granate diese in die neue gewünschte Flugrichtung lenkt.
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Der Ringkanal 15, der die Kanäle 14 miteinander verbindet, sorgt
für einen ungehinderten Gasaustausch zwischen den Kanälen 14 auch während des Schaltens
der Steuerventile, so daß die weiterhin aus allen Kanälen 14 austretenden Gasstrahlen
wirkungsgleich bleiben, d. h. keine resultierende Querkraft auf die Granate 1 erzeugen.
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Ebenso ist die Steuerung wie folgt zu realisieren: Bei einem Nullkommando
sind alle Steuerleitungen 13 offen, wobei die Kanäle 14 kein Gas erhalten. Für ein
Kommando werden wie beschrieben eine oder mehrere
Steuerleitungen
13 geschlossen und dadurch die Spitzenhülle 7 verstellt. Die anfallende Restgasmenge
wird in dem Ringkanal 15 aufgefangen und verteilt nach außen abgegeben.
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Hiermit ist der oben beschriebene strömungsthermodynamische Effekt
beim Nullkommando unterbunden, jedoch ist durch die Strahlumlenkung an der Spitzenhülle
7 eine unterstützende Kraftwirkung in Flugrichtung zur Reichweitenvergrößerung vorhanden.
Außerdem entsteht kein gegebenenfalls die Symmetrie störender Unterdruck im Zwischenraum
6 bei einem Nullkommando.
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Die Schlitze oder Löcher 17 und Stege 17a im Bereich der Verjüngung
16 der Spitzenhülle ermöglichen bei einer Verstellung der Spitzenhülle 7 eine bessere
Ableitung des aus der jeweiligen Steuerleitung 13 austretenden Heißgases und auch
eine bessere Wirksamkeit des Staudruckes, z. B. durch nahezu abgeschlossene Kammern
mit erhöhter Wirkfläche. Sie können neben anderen hier nicht gezeigten Mitteln beim
Transport und während des Abschusses der Granate auch dazu dienen, eine Rollbewegung
der Spitzenhülle 7 um deren Kegelachse zu verhindern oder zu reduzieren.
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Das gezeigte Lager 5 kann z. B. mit einem Druckzylinder 18 oder einer
federbehafteten Teleskopanordnung versehen sein, die erst nach dem Abschuß der Granate
aus dem Rohr betätigt wird. Während des Transportes und des Abschusses der Granate
ist dieser Druckzylinder 18 eingefahren, so daß die Spitzenhülle 7 direkt an dem
Konus 4 anliegt und in ihrer Lage fixiert gehalten wird. Erst wenn nach dem Abschuß
die Granate gesteuert werden soll, wird das Lager 5 mit Hilfe des Druckzylinders
18 nach vorne geschoben, so daß sich der Zwischenraum 6 zwischen Konus 4 und Spitzenhülle
7 einstellt.
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In F i g. 2 ist das Vorderteil Va einer Granate 1a mit einem Gehäuse
2a und der Längsachse 3a gezeigt. Das Gehäuse 2a verjüngt sich zu einem Konus 4a,
an den sich nach vorne ein zur Längsachse 3a koaxiales Staurohr 20 mit einem zentrischen
Stauluftkanal 21 anschließt. Das Staurohr 20 ist eine Rohrfeder, an dessen vorderem
Ende eine dünnwandige kegelige Spitzenhülle 7a befestigt ist. Zwischen Rohrfeder
20 und Spitzenhülle 7a ist ein Feder/Dämpfungs-Material 22 vorgesehen. Diese Spitzenhülle
7a kann wegen der elastischen Rohrfeder 20 allseitig verschwenkt werden, wenn zwischen
Innenwand der Spitzenhülle 7a und Konus 4a bzw. Staurohr 20 ein Zwischenraum 6a
belassen ist.
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Die Spitzenhülle 7a weist im Anschluß an den Stauluftkanal (21) im
vorderen Bereich einen zentrischen Kanal 24 auf, der nach vorne offen ist und mit
dem Stauluftkanal 21 kommuniziert. Dieser Stauluftkanal 21 endet an seinem hinteren
Ende in einer Kammer 25, die mit mehreren Steuerventilen 12a in Verbindung steht,
die wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel symmetrisch um die Längsachse 3a der
Granate 1a verteilt sind.
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Von diesen Steuerventilen 12a zweigen Steuerleitungen 13a ab, die
im Bereich des hinteren Randes 9a unterhalb der Verjüngung 16a der Spitzenhülle
7a ins Freie münden.
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Die bei dem obigen Ausführungsbeispiel zu Fig. 1 vorgesehenen, ebenfalls
von den Steuerventilen abzweigenden Kanäle 14 zur Stabilisierung der Granate sind
hier fortgelassen, da die Stauluft als Energiequelle sich im allgemeinen an den
Verbraucher anpaßt. Die elastische Befestigung der Spitzenhülle 7a über die Rohrfeder
20 und das Feder/Dämpfungs-Material 22 sorgen unter anderem dafür, daß bei einem
Nullkommando et-
waigen Pendelungen der Granate entgegengesetzt wird.
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Wenn die Granate 1 während des Fluges mit Überschallgeschwindigkeit
angeströmt wird, so gelangt über den Kanal 24 in der Spitzenhülle 7a und die Rohrfeder
20 Stauluft in die Kammer 25. Durch entsprechendes Öffnen eines der Steuerventile
12a kann diese Stauluft in eine der Steuerleitungen 13a umgelenkt werden, um die
Spitzenhülle 7a wie oben beschrieben in eine neue gewünschte Flugrichtung zu lenken.
Nach erneutem Schließen dieses Steuerventiles wird die Spitzenhülle 7a wieder symmetrisch
angeströmt und stellt sich in die in Fig.2 gezeigte Lage ein, in der die Kegelachse
der Spitzenhülle 7a wieder mit der Längsachse 3a zusammenfällt.
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In Fig. 3 ist eine Granate ib mit einem um die Längsachse 3b zylindrischen
Granatengehäuse 2b und einem Vorderteil Vb mit der Granatenspitze 7b gezeigt. Zwischen
Granatengehäuse 2b und Granatenspitze 7b sind um den Granatenumfang verteilt mehrere
Radialschlitze 31b vorgesehen, in denen ein elastisches Feder/ Dämpfungsmaterial
32b angeordnet ist. Durch diese elastische Verbindung kann die Granatenspitze 7b
gegenüber dem Granatengehäuse 2b verschwenkt werden.
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Diese Verschwenkung ist für eine Ebene in F i g. 3 gezeigt. Hierzu
ist ein Elektromagnet 33b vorgesehen, dessen Anker 34b in der erwähnten Ebene senkrecht
zur Flugkörperlängsachse 3b verschiebbar ist Der Elektromagnet 33b ist mit dem Granatengehäuse
2b verbunden. Der Anker 34b ist mit einer Stellstange 35b verbunden, an dessen Ende
zwei Hebelarme 36b bzw. 37b schwenkbar angelenkt sind. Das freie Ende des Hebelarmes
36b ist gelenkig mit einer Nase 38b verbunden, die an der Wand der Flugkörperspitze
7b befestigt ist, während der Hebelarm 37 an einer weiteren Nase 38b schwenkbar
angelegt ist, die ihrerseits mit dem Granatengehäuse 2b fixiert ist.
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In der in F i g. 3 gezeigten Ruhestellung des Ankers 34b entsprechend
einem Nullkommando schließen die Hebelarme 36b und 37b einen stumpfen Winkel miteinander
ein. Wird durch die Betätigung des Elektromagneten der Anker 34b in die Spule des
Magneten 33b eingezogen, so wird dieser stumpfe Winkel aufgespreizt, so daß sich
der Abstand zwischen den Anlenkpunkten der Hebelarme 36b und 37b an den Nasen 38b
und 39b verändert. Da der Elektromagnet 33b innerhalb des durch die Radialschlitze
31b und das Feder/Dämpfungsmaterial 32b elastischen Abstützbereiches zwischen Granatenspitze
7b und Granatengehäuse 2b liegt, werden durch die Spreizung der Hebelarme 36b und
37b bei der Betätigung des Elektromagneten Flugkörperspitze und Granatengehäuse
gegeneinander verschwenkt. In diesem Falle ergibt sich eine Verschwenkung der Flugkörperspitze
gegenüber dem Granatengehäuse im Uhrzeigersinn. Je nach Auslegung des Elektromagneten
und des Hebelgestänges kann die Flugkörperspitze in beiden Richtungen verschwenkt
werden. Eine Verschwenkung in mehreren Ebenen ist durch entsprechend mehrere Elektromagnete
möglich. Der Elektromagnet kann entweder nur in einer Richtung oder in beiden Richtungen
angesteuert werden. Die Ansteuerung erfolgt entweder kontinuierlich oder im Schaltbetrieb.
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In Fig.4 ist teilweise im Querschnitt der Vorderteil Vc einer Granate
1c gezeigt, die im Anschluß an das Granatengehäuse 2c eine dünnwandige ogivenförmige
Granatenspitze 7caufweist, die um einen Lagerpunkt 8c auf der Längsachse 3c in einer
Ebene, d. h. der Zeichenebene
mit Hilfe von zwei Druckzylindern
41c verschwenkbar ist. Lediglich ein Druckzylinder ist in der Figur gezeigt. Diese
in der Steuerebene gegenüberliegenden Druckzylinder 41 werden mit Hilfe eines nur
angedeuteten Gasgenerators 10c versorgt. Von diesem Gasgenerator 10zweigen zwei
Längskanäle 42c ab, die im Bereich der Spitzenhülle 7c jeweils eine freie Mündung
43c aufweisen. Beiden Mündungen 43c ist eine gemeinsame Prallplatte 44c zugeordnet,
die im Abstand von den freien Mündungen um einen Lagerpunkt 45c in der Mitte zwischen
den freien Mündungen verschwenkbar ist. Zwischen Gasgenerator 10c und den freien
Mündungen 43c sind Drosseln 51c und Abzweigungen 46c vorgesehen, die in die jeweiligen
Druckzylinder 41 einmünden.
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Die Druckzylinder 41c weisen jeweils einen Kolbenraum 47c auf, in
denen ein Kolben 48c gleitet, der über eine Stellstange 49c gelenkig mit der Spitzenhülle
7c in deren hinterem Bereich verbunden ist.
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Die Prallplatte 44c kann mit Hilfe von zwei Elektromagneten 50c aus
ihrer in F i g. 4 gezeigten Ruhelage ausgelenkt werden, in der sie von den beiden
freien Mündungen 43c jeweils den gleichen Abstand hat. In dieser Lage der Prallplatte
44c strömt vom Gasgenerator über die Längskanäle 42c Heißgas sowohl in Richtung
auf die Prallplatte als auch in die beiden Kolbenräume 47c. Für die beiden Druckzylinder
41c herrscht Kräfteausgleichgewicht, d. h. die Spitzenhülle 7c bleibt in ihrer zur
Längsachse 3c symmetrischen Lage.
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Soll die Granate gesteuert werden, so wird ein Elektromagnet, z.
B. der in Fig. 4 unterhalb der Längsachse 3c gelegene Elektromagnet 50c angesteuert.
Die Prallplatte 44c wird in Richtung auf diesen Elektromagneten gezogen, so daß
der Abstand zwischen der unteren freien Mündung 43c und der Prallplatte 44c vergrößert,
der Abstand zwischen der oberen freien Mündung 43c und der Prallplatte 44c verringert
bzw. diese freie Mündung abgeschlossen wird. Hierdurch erhöht sich der Druck in
dem oberen Längskanal 42c zwischen der dortigen Drossel 51c und der oberen freien
Mündung 43c und erniedrigt sich in dem unteren Längskanal. Infolgedessen wird der
in F i g. 4 gezeigte obere Arbeitskolben 48c aus dem Kolbenraum 47c herausgehoben,
und die Spitzenhülle 7c wird entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Die Granate
wird dann in die neue Richtung entsprechend der Ausrichtung der Spitzenhülle 7c
gelenkt. Wird der Elektromagnet 50c abgeschaltet, so stellt sich wieder der in Fig.
4 gezeigte Gleichgewichtszustand ein. Auch hier kann der Stellantrieb kontinuierlich
oder geschaltet betätigt werden.
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Alle Lösungen können aus Gründen der Einfachheit lediglich mit der
Möglichkeit einer Auslenkrichtung realisiert sein, d. h. eine Steuerung in mehreren
Ebenen erfolgt durch Auslenkung in einer Richtung mit zusätzlicher Flugkörperdrehung.
Die »Ruhestellung« der Spitzenhülle entsprechend einem Nullkommando ist durch die
Fixierung (z. B. durch Federdruck) gegen einen Anschlag, exakt symmetrisch um die
Flugkörper-Längsachse gegeben. Hiermit wird verhindert, daß eine störende Querkraft
durch das Stellsystem entwickelt wird, wenn ein Nullkommando gefordert ist.
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