DE3533994C2 - Leitwerk mit entfaltbaren Flügeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitwerk mit mehreren entfaltbaren Flügeln für Geschosse und Flugkörper gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Aus der DE-AS 12 97 514 ist ein Flossenleitwerk für Raken bekannt, welches zwei im wesentlichen spiegelsymmetrische Flügelblätter aufweist, die spitzenseitig miteinander verbunden und wurzeiseitig an getrennten Festlagern befestigt sind. Jedes Flügelblatt ist gleichermäßen etwa in der Mitte ihrer radialen Erstreckung in zwei zur Raketenachse parallele Teile unterteilt. Diese beiden Teile eines Flügelblattes sowie die beiden äußeren Teile beider Flügelblätter sind mit insgesamt drei Scharnierachsen gelenkig verbunden. Die beiden inneren Teile der beiden Flügelblätter sind in genau gleichen Abständen von der Flügelmittelebene um weitere zwei Scharnierachsen gegen die ständig wirksame Kraft einer Feder nach entgegengesetzten Richtungen verschwenkbar an der Rakete befestigt. Alle fünf Scharnierachsen verlaufen parallel zur Raketenachse und die äußerste Scharnierachse bewegt sich radial beim Ein- und Ausklappen. Besondere Maßnahmen, um ein synchrones Entfalten der Flügel des Leitwerkes zu gewährleisten, sind nicht vorgesehen, so daß es unter Umständen zu Störungen des Flugkörpers auf der Flugbahn kommen kann.

Aus der GB-PS 745 252 ist ein gattungsgemäßes Leitwerk bekannt, bei dem besonders nachteilig ist, daß die Flügelblätter nicht symmetrisch zueinander aufgebaut sind. Dadurch ergibt sich eine relativ geringe Stabilität, weil die Flügel bei seitlich angreifenden Luftkräften zusammenklappen können. Außerdem gibt diese Schrift ebenfalls keinerlei Hinweise auf Maßnahmen, die eine synchrone Entfaltung der Flügel sicherstellen.

Aus der US 3,103,886 ist ein Leitwerk für Flugkörper bekannt, bei dem die Flügel jeweils aus zwei Flügelblättern bestehen, die aber wurzelseitig lediglich ein gemeinsames Festlager aufweisen. Hierzu werden die Flügelblätter an ihren vorderen und hinteren Enden jeweils mit einem Lagerbolzen fest verbunden, der in einer entsprechenden Ausnehmung eines an dem Flugkörper befestigten Lagers eingreift. Die Vorder- und Hinterkanten der Flügelblätter sind derart miteinander verbunden, daß die Flügelblätter zur Ausbildung eines Strömungsprofiles in ihrem mittleren Bereich aufgespreizt werden.

Auch die beiden letztgenannten Schriften geben keinerlei Hinweise auf ein synchrones Entfalten der Flügel, so daß bei Verwendung dieser Leitwerke mit den o.e. Nachteilen (einseitiger Auftrieb und damit Abweichung des Flugkörpers von seiner vorgegebenen Flugbahn) gerechnet werden muß.

Schließlich ist aus der US 4,296,895 ein Flugkörper bekannt, bei dem aufrichtbare, starre Einzelflügel zum synchronen Aufrichten durch Seile verbunden sind. Durch die vorhandene starre Lagerung der Flügelblätter werden hier keinerlei Hinweise offenbart, Flügel mit jeweils spitzenseitig miteinander verbundenen Flügelblättern in Gleitführungslagern synchron zu entfalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leitwerk der eingangs erwähnten Art anzugeben, welches ein synchrones Entfalten der Flügel auf einfache Weise gewährleistet sowie robust aufgebaut ist und somit auch höchsten Beschleunigungsbeanspruchungen beim Abschuß von Geschossen standhält.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angege­ bene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeich­ nung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1: einen Querschnitt durch einen Teil des Flug­ körpers nach Fig. 2 mit Blickrichtung auf die Seitenkanten eines Leitwerksflügels;

Fig. 2: eine perspektivische und stark schematisier­ te Darstellung eines Flugkörpers mit einem entfaltbare Flügel umfassenden Leitwerk;

Fig. 3: einen Querschnitt durch den Flugkörper im Bereich des Leitwerks mit eingefalteten Flügeln;

Fig. 4: eine Detaildarstellung eines Flügels mit Blickrichtung gemäß Pfeil 3 aus Fig. 1;

Fig. 5: eine Schnittdarstellung durch den Flügel gemäß Linie 5-5 nach Fig. 1.

Fig. 2 zeigt in schematisierter, perspektivischer Dar­ stellung einen Flugkörper 10 mit einem im Heckbereich angeordneten, entfaltbare Flügel 11 umfassenden Leit­ werk. Flugkörper dieser Art und auch Geschosse werden von Startgeräten oder aus großkalibrigen Rohrwaffen ab­ gefeuert und sollen in großer Entfernung Punktziele mit möglichst hoher Präzision erreichen.

Zur Flugbahnstabilisierung ist ein Leitwerk erforderlich, das aerodynamisch optimale Eigenschaften haben soll, dabei aber robust und platz­ sparend aufgebaut ist, um einerseits hohen Beschleuni­ gungsbeanspruchungen zu widerstehen, die insbesondere beim Abschuß aus Rohrwaffen auftreten, und um anderer­ seits möglichst wenig des für Nutzlasten vorgesehenen Volumens des Flugkörpers/Geschosses zu beanspruchen.

Fig. 1 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Quer­ schnitt durch einen Teil des Flugkörpers 10 nach Fig. 2 mit Blick auf die Seitenkanten eines Flügels 11 des Leitwerks. Der Flügel 11 besteht aus zwei Flügelblattern, 12, 12a, die spitzenseitig miteinander verbunden, bei­ spielsweise vernietet sind, und die wurzelseitig an ge­ trennten, hinsichtlich ihres umfangsseitigen Abstands veränderbaren Lagern 17, 17a derart befestigt sind, daß die Flügelblätter 12, 12a im entfalteten Zustand des Flügels 11, der in Fig. 1 dargestellt ist, dachartig aufgestellt sind, obgleich die Flügelblätter 12, 12a selbst aus einem elastischen und flexiblen Material, wie z. B. Federstahl, einer hochfesten Leichtmetallegierung oder aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sind, was ihre Einfaltung und Unterbrin­ gung im Volumen des Flugkörpers 10 erleichtert, bilden sie im entfalteten Zustand nach Fig. 1 eine sehr sta­ bile Anordnung mit hervorragenden aerodynamischen Eigenschaften. Bei einem der Lager 17, 17a handelt es sich um ein gelenkiges Festlager 17a, während das andere Lager ein gelenkiges Gleitführungslager ist. Der genaue Aufbau dieser Lager wird später unter Bezug auf weitere Figuren der Zeichnung (Fig. 4, Fig. 5) noch näher erläutert.

Diese Lageranordnung ermöglicht - wie im einzelnen aus Fig. 3 hervorgeht - eine abschußsichere und raumsparende Unterbringung des Flügels 11 im Umfangsbereich des Flug­ körpers 10, indem nämlich die Flügelblätter 12, 12a im eingefalteten Zustand in Umfangsrichtung um den Heckteil des Flugkörpers 10 herumgewickelt werden. Dieses Prinzip ist an sich von herkömmlichen Wickelleitwerken bekannt. Diese sind jedoch nur linienartig mit der Außenmantel fläche eines Geschosses oder Flugkörpers verbunden und weisen daher im ausgeklappten Zustand nicht die für Präzisionsanflüge erforderliche Stabilität auf. Im zu­ sammengeklappten Zustand (Fig. 3) liegen die Flügel­ blätter 12, 12a eines jeden Flügels 11 dicht benachbart übereinander, was dadurch erreicht wird, daß das Gleit­ führungslager 17 parallel unmittelbar neben dem gelen­ kigen Festlager 17a eines jeden Flügels 11 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform können die Flügel 11, in Radialrichtung gesehen, auch vergleichweise lang und damit im Hinblick auf die aerodynamischen Erforder­ nisse optimal ausgeführt werden, da selbst diese langen Flügel noch raumsparend untergebracht werden können. Gemäß Fig. 3 überdecken dabei die Flügelblätter eines Flügels 11 mindestens den Lagerbereich eines benach­ barten Flügels. Im entfalteten Zustand nach Fig. 1 sind die Lager 17, 17a der Flügelblätter 12, 12a da­ gegen in Umfangsrichtung beabstandet voneinander ange­ ordnet, so daß sich die dargestellte dachförmige An­ ordnung der Flügelblätter 12, 12a ergibt. Diese Posi­ tion erreichen die Flügelblätter 12, 12a dadurch, daß das gelenkige Gleitführungslager 17 beim Entfalten des Flügels 11 in Umfangsrichtung vom Festlager 17a entfernt wird. Der Aufbau der Flügelwurzel und deren Befestigung im Bereich der Lager 17, 17a wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 und Fig. 5 näher erläutert.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht auf einen Teil des Flügelblatts 12a und den Mantel 16 des Flugkörpers 10 mit Blick aus Richtung des Pfeils 4 gemäß Fig. 1. in Fig. 4 sind nur Einzelheiten des gelenkigen Gleitführungslagers 17 dar­ gestellt, während das gelenkige Festlager 17a, an dem das andere Flügelblatt 12 befestigt ist, nicht sichtbar ist. Fig. 5 dagegen zeigt einen Schnitt durch den Flügel 11, entlang der Linie 5-5 gemäß Fig. 1 mit Blick auf Teile des Mantels 16 des Flugkörpers 10. In dieser Figur ist auch das gelenkige Festlager 17a noch zu erkennen. Jedes Lager 17, 17a umfaßt ein Scharnierteil 13, 13a, das um jeweils einen, im Mantel 16 des Flugkörpers 10 fest ange­ ordneten bzw. gleitbeweglich gelagerten Zapfen 31, 31a, 31b drehbar gelagert ist. Jeder der fest angeordneten Zapfen besteht aus mindestens zwei Teilen 31a, 31b, um die Montage der Flügelblätter 12, 12a zu erleichtern. In den Scharnier­ teilen 13, 13a sind die Flügelblätter 12, 12a befestigt, wobei sich für die Befestigung vorzugsweise eine Vernie­ tung oder Verklebung anbietet. Der gleitbeweglich gela­ gerte Zapfen 31 des gelenkigen Gleitführungslagers 17 (Fig. 4) kann in parallel angeordneten Gleitbahnen 15 zwischen zwei Endstellungen gleiten. In der ersten End­ stellung - hierbei sind die Flügel 11 gemäß Fig. 3 ein­ gefaltet - sind die Zapfen beider Lager 17, 17a un­ mittelbar benachbart nebeneinander angeordnet. In der anderen Endstellung ist der Zapfen des Gleitführungs­ lagers 17 max. entfernt vom Zapfen des gelenkigen Festlagers 17a angeordnet, was dem entfalteten Zustand des Flügels 11 gemäß Fig. 1 entspricht. Auf der Längs­ achse des gleitbeweglich gelagerten Zapfens 31 des Gleitführungslagers 17 liegen zwei in Längsrichtung des Zapfens 31 gleitbar gelagerte Arretierstifte 32, die durch Druckfedern 30 belastet nach Erreichen des Endes einer Führungsnut 15 in eine dort angeordnete Vertiefung 15a einrasten und dadurch das Flügelblatt 12a sicher verriegeln.

Um die Stabilität der Flügelblätter 12, 12a im entfalte­ ten Zustand des Flügels 11 zu vergrößern und gleichzeitig den Entfaltungsvorgang zu fördern, sind die Flügelblätter 12, 12a zweckmäßig in Richtung ihrer Längserstreckung ge­ wölbt ausgebildet, so daß sie praktisch einen Teil eines Zylindermantels darstellen. Diese Wölbung kann den aus einem elastischen Werkstoff bestehenden Flügelblättern 12, 12a durch an sich bekannte Herstellungsverfahren, wie z. B. Walzen, aufgeprägt werden. Auf besonders einfache Weise kann die zweckmäßige Wölbung der Flügelblätter 12, 12a jedoch auch dadurch bewirkt werden, daß die Scharnier­ teile 13, 13a zur Befestigung der Flügelblätter 12, 12a einen Einspannschlitz aufweisen, der - entsprechend der gewünschten Wölbung - bogenförmig ausgebildet ist. Beim Einfalten der Flügel 11 wird die Wölbung der Flügel­ blätter 12, 12a zeitweilig flachgepreßt, so daß die Flügelblätter 12, 12a raumsparend eng übereinander zu liegen kommen. Die Flügelblätter 12, 12a tendieren jedoch dazu, die aufgeprägte Wölbung wieder einzunehmen, so daß dadurch der Entfaltungsvorgang gefördert wird. Diese Wölbung verleiht den Flügelblättern 12, 12a eine hervorragende Knickstabilität bei Druckbeanspruchung und sichert somit die vorteilhaften aerodynamischen Eigenschaften des Leitwerks. Quer zur ersten Wölbung ist den Flügelblättern 12, 12a beispielsweise durch Walzen noch eine zweite Wölbung aufgeprägt, die eben­ falls ihre Entfaltung und ihre Stabilität im entfalte­ ten Zustand fördert. Diese Wölbung trägt auch dazu bei, daß im entfalteten Zustand die Flügelblätter 12, 12a noch derart vorgespannt sind, daß die gleitbeweglich gelagerten Zapfen 31 federnd in ihre Endlage gedrückt und dort gehalten werden. Um ein möglichst raumsparendes Unterbringen der Flügelblätter 12, 12a im eingefalteten Zustand des Flügels 11 zu ermöglichen, reicht das Scharnierteil 13 des Festlagers 17a nicht über die gesamte Breite des Flügelblatts 12, sondern läßt an beiden Seiten Platz für die im zusammengefal­ teten Zustand in Achsfluchtung liegenden zwei Teil­ scharniere des gelenkigen Gleitführungslagers 17. Damit sich bei der Zusammenfaltung des Flügels 11 die Flügel­ blätter 12, 12a im Bereich der Scharnierteile 13, 13a nicht behindern, enthält das mit dem Gleitführungslager 17 verbundene Flügelblatt 12a mittig eine fensterförmige Aussparung, während das mit dem gelenkigen Festlager 17 verbundene Flügelblatt 12 im Seitenbereich der Lager­ stelle Ausnehmungen aufweist. Für bestimmte Anwendungs­ fälle ist es vorteilhaft, wenn der Flugkörper 10 um seine Längsachse rotiert, also einen Drall aufweist. Dieser Drall kann dem Flugkörper 10 auf einfache Weise dadurch verliehen werden, daß zumindest eines der Flügelblätter 12, 12a des Flügels 11 in Bezug auf die Längsachse des Flugkörpers 10 angestellt oder verwun­ den ist. Diese Anstellung wird zweckmäßig dadurch er­ reicht, daß die Gleitbahnen 15 unterschiedlich lang ausgebildet sind, so daß die Arretierstifte 32 mit unterschiedlichem Abstand vom Zapfen 31 einrasten und dadurch das mit ihnen verbundene Flügelblatt ver­ binden.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ins­ gesamt vier Doppelflügeln auf dem Geschoßumfang existieren auch vier Gleitführungslager 17. Unter Umständen kann sich ein nicht synchrones Entfalten der Flügel einstellen, wodurch vorübergehend unkontrollierte Einseitigkeiten des Auftriebs und damit zusätzliche Störungen auf die Flugbahn bzw. Lage des Flugkörpers entstehen können.

Um dieses zu verhindern, werden zweckmäßig alle Gleitführungslager 17 bzw. deren zugehörige Flügelwurzeln mit vor­ gebogenen und/oder flexiblen Verbindungselementen mit­ einander verbunden, so daß die Verbindungselemente die kürzestmögliche Umfangsstreckung in einer Teilung be­ sitzen, so daß also eine lose Schlaufenbildung ver­ mieden ist. Dadurch wird erreicht, daß alle Gleitführungs­ lager 17 synchron bewegt und die Flügel 12, 12a syn­ chron geöffnet werden. Ein weiterer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, daß ein evtl. Festhalten eines Gleitführungslagers 17 infolge einer Funktionsstörung durch die von den den anderen Flügeln zugeordneten Gleitführungslagern 17 bewirk­ te Schleppbewegung ausgeglichen wird, so daß sich auch der zunächst gestörte Flügel problemlos öffnet.

Die Verbindungselemente, die am besten gelenkig an den Gleitführungslagern 17 oder zugehörigen Flügelwurzeln der Flügel 12a, 12 angreifen, bestehen entweder aus Blech­ bändern, die entsprechend der zylindrischen Oberfläche am Nutgrund für die Flügelaufnahme im eingefalteten Zustand gebogen sind, oder aber aus Seilen oder Ketten, die zweckmäßigerweise zur Montagevereinfachung Nach­ spannelemente zur Verkürzung besitzen sollten.

In einer besonderen Ausführung läuft die Kette in der für das Loslager vorgesehenen Nut. In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als Verbindungselement für die Gleitführungslager 17 eine Kette 50 vorgesehen. Zwecks besserer Symme­ triebedingungen ist es im allgemeinen zweckmäßig, eine Kette 50 auf beiden Seiten der Flügelblätter 12, 12a anzuordnen.

Claims (3)

1. Leitwerk mit mehreren entfaltbaren Flügeln (11) für Geschosse und Flugkörper (10) wobei jeder Flügel (11) aus zwei spitzenseitig miteinander verbundenen Flügelblättern (12, 12a) besteht, die wurzelseitig an am Flugkörper (10) angeordneten Lagern (17, 17) befestigt sind, deren eines Lager ein Festlager (17a) und deren anderes Lager ein in einer Führung am Flugkörper verschiebbares Gleitführungslager (17) zum dachförmig entfalteten Aufstellen des Flügels (11) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (17, 17a) der Flügelblätter (12, 12a) aus Scharnierteilen (13, 13a) bestehen, und die Zapfen (31) des Gleitführungslagers im zusammen­ gefalteten Zustand der Flügel (11) zu beiden Seiten der Zapfen (31a, 31b) des Festlagers (17a) liegen, in die seitlichen Führungsnuten (15) eingreifen und im ausgeklappten Zustand der Flügel (11) Arretierungsstifte (32) in eine Vertiefung (15a) der Führungsnuten (15) einrasten, wobei zum synchronen Entfalten der Flügel (11) die Gleitführungslager (17) miteinander durch vorgebogene und/oder flexible Verbindungselemente (50) verbunden sind.

2. Leitwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungselemente (50) Ketten vorgesehen sind.

3. Leitwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnuten (15) unterschiedlich lang ausgebildet sind, um das mit ihnen verbundene Flügelblatt (12a) zu verwinden.