DE3717688C1

DE3717688C1 - Rotating device for aerodynamically acting control surfaces which are mounted such that they can rotate

Info

Publication number: DE3717688C1
Application number: DE3717688A
Authority: DE
Inventors: Walter Hetzer; Erwin Goellner; Otto Rossmanith
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1987-05-26
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1988-06-09
Also published as: FR2615938B1; FR2615938A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrehvorrichtung für drehbar gelagerte aerodynamisch wirksame Ruder, bei denen die mechanische Verbindung der Ruder mit Hilfe eines ringförmigen Verbin dungsteils vollzogen wird und das Verbindungsteil mittels elektromecha nisch wirksamer Antriebsmittel bewegbar ist.

Aus der US 45 12 537 ist es bekannt, zwei gegenüberliegende an der Rumpfspitze eines lenkbaren Flugkörpers angeordnete Entenruder über ein ringförmiges Verbindungsteil fest zu verbinden. Die Auslenkung der Entenruder wird hierbei dadurch vollzogen, daß am Verbindungsteil befestigte Stifte die Kontur einer drehbaren Nockenscheibe abtasten und daß damit das Verbindungsteil entsprechend ausgelenkt wird. Hieraus ergeben sich bauartbedingt mehrere Nachteile. Zum einen die mechanisch aufwendige Konstruktion, die besonders dann stört, wenn zwei Ruderpaare mit zueinander senkrechten Ruderachsen betätigt werden sollen. Weiterhin erweist es sich als nachteilig, daß hierbei bedingt durch die Konturen abtastung lange Reaktionszeiten und hoher Strombedarf auftritt. Außerdem werden die an den Rudern auftretenden aerodynamischen Rückstellkräfte nicht genutzt. Schließlich ergibt sich noch der Nachteil, daß bei einer zweiachsigen Ruderansteuerung der Innenraum des Flugkörpers vollständig für die Antriebsmechanik benötigt wird und nicht für eine Einrichtung genutzt werden kann, die die Wirksamkeit der Waffe erhöhen könnte.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Ruderantrieb zu realisieren, der die obengenannten Nachteile vermeidet, d. h., platz sparend aufgebaut ist, reaktionsschnell ist und mit wenig Energiever brauch arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs wiedergegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestal tungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung beinhaltet eine ganze Reihe von Vorteilen. Zunächst ist der minimale Bauteileaufwand zu nennen und die Eigenschaft der Kinematik, daß alle anzusteuernden Ruderachsen kontinuierlich gleichartig bewegt werden. Weiterhin ist diese Art der Ruderansteuerung unempfindlich gegen Quer- und Coriolisbeschleunigungen und sie kann bei Entenrudern oder bei Heckleitwerken gleich gut eingesetzt werden, da der Zentralraum im Flugkörper frei von Bauteilen bleibt. Außerdem kann hervorgehoben werden, daß ein derartiger Ruderantrieb eine günstige Energiebilanz aufweist, da die in einer Achsrichtung auftretenden aerodynamischen Rückstellkräfte über die Steuerscheibe auf die anzu steuernde andere Ruderachse teilweise übertragen werden. Bei der Verwen dung von Elektromagneten linearisiert die drehgehemmte Feder die Magnet kennlinie derart, daß die Steuerung der Elektromagnete in einfacher Weise als Stromregelung ausgeführt werden kann, was den Aufwand an Steuerelektronik erheblich reduziert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Explosionszeichnung eines Ruderantriebes mit vier Elektromagneten;

Fig. 2 eine Skizze eines Ruderantriebes mit zwei Elektromagneten;

Fig. 3 eine Skizze eines Ruderantriebes mit drei Elektromagneten.

Die Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungs gemäßen Ruderantriebs mit einer zwangsgekoppelten Auslenkung zweier zueinander senkrecht stehender Ruderpaare. Die etwa ringförmige Steuer scheibe 1 weist an vier jeweils paarweise gegenüberliegenden Stellen spielfreie Lagerungen 2 a, 2 b, 2 c, 2 d für die Ruderhebel 3 a, 3 b, 3 c, 3 d der Ruder 4 a, 4 b, 4 c, 4 d auf, die hier als in Langlöchern gelagerte Kugeln ausgeführt sind.

Der Antrieb der Steuerscheibe erfolgt über vier gleichmäßig am Umfang der Scheibe verteilt angeordnete und ziehend oder drückend arbeitende Elektromagnete (5 a, 5 b, 5 c, 5 d). Bei Ansteuerung eines Magneten bewegt sich die Steuerscheibe in radialer Richtung einwärts oder auswärts.

Mittels der Überlagerung der Bewegungsrichtungen der beiden Elektromag netpaare 5 a, c und 5 b, d kann die Steuerscheibe in jede beliebige Richtung in der YZ-Ebene des Koordinatensystems bewegt werden.

Bei der Lagerung der Steuerscheibe ergibt sich das Problem, daß bei der angegebenen Anlenkungsart der Ruderhebel 3 a, 3 b, 3 c, 3 d jede Drehbewe gung der Steuerscheibe um die X-Achse vermieden werden muß, um nicht zusätzliche Rollmomente zu erzeugen. Dieses Problem wird auf besonders einfache Weise mit Hilfe der Aufhängung an der drehgehemmten Federvor richtung 6 gelöst. Diese Federvorrichtung besteht aus einem ringförmigen Haltering 7, der ebenso groß ist wie die freibleibende zentrale Öffnung in der Steuerscheibe 1, so daß der zentrale Raum für Einrichtungen genutzt werden kann, die Wirksamkeit des Flugkörpers verbessern. An dem Haltering 7 sind tangential vier Blattfedern 8 a, 8 b, 8 c, 8 d befestigt, die an ihren freien Enden Lagerhülsen 9 a, 9 b, 9 c, 9 d aufweisen. Ein gegenüberliegendes Paar dieser Lagerhülsen 9 a, c wird mit Hilfe von Stiften 11 a, b an der Steuerscheibe 1 gelagert, das andere Paar ist an der Flugkörperzelle 10 a, b befestigt. Somit ist die Steuerscheibe 1 im Bereich der benötigten Auslenkung von etwa 2 mm nach jeder Seite drehfest und nach allen Richtungen in der YZ-Ebene beweglich gelagert.

In den Fig. 2 und 3 sind zwei weitere Ausführungsvarianten darge stellt. Die Fig. 2 zeigt die einfachste Form der Ruderkinematik mit nur zwei Elektromagneten 12 a, b, die in der gezeigten Anordnung eine Steue rung in jeder Richtung ermöglichen.

In der Fig. 3 ist ein Antrieb der Steuerscheibe 1 mittels drei um 120° versetzt angeordneten Elektromagneten 13 a, b, c dargestellt. Diese Figur zeigt auch, daß mit dem erfindungsgemäßen Ruderantrieb auch andere Ruderkonfigurationen, wie hier beispielsweise drei um 120° versetzte Ruder, angesteuert werden können.

Bei einem rollenden Flugkörper muß jedes Ruderpaar in einer Anordnung gemäß Fig. 1 bei gleichbleibendem Lenkkommando jeweils nach einem Rollwinkel von 180° die Ausschlagrichtung wechseln, so daß die einzelnen Ruder in Form einer harmonischen Schwingung ausgelenkt werden. Bei konstantem Lenkkommando bleibt somit der Mittelpunkt der Steuerscheibe 1 immer am gleichen Ort. Hieraus kann abgeleitet werden, daß der von den Elektromagneten erzeugte Kraftvektor und der an den Rudern angreifende resultierende Luftkraftvektor vom Rollwinkel unabhängig sind.

Die bei Querbeschleunigungen des Flugkörpers an den Rudern angreifenden Massenkräfte können durch die Massenkraft der Steuerscheibe weitgehend ausgeglichen werden, da sich deren Momente bezüglich der Querachse aufheben. Dies gilt auch für jede beliebige Querneigung.

Wenn die Ruder bewegt werden, findet der Austausch der Bewegungsenergie über die Steuerscheibe zwischen den beiden Ruderpaaren statt und ist in der Summe konstant. Deshalb kann mit einem derartigen Ruderantrieb eine günstige Energiebilanz bei den Steuervorgängen erzielt werden.

Claims

1. Verdrehvorrichtung für drehbar gelagerte aerodynamisch wirksame Ruder eines lenkbaren Flugkörpers, welche zu ihrer Drehbetätigung mechanisch durch ein ringförmiges Bauteil miteinander verbunden sind, das durch elektrisch wirksame Antriebsmittel bewegbar ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale

a) eine Steuerscheibe (1), welche eine zentrische kreisförmige Aussparung (1 a) aufweist, ist mit radial gegenüberliegenden, jeweils um einen Winkel α = 360°/n (n . . . Anzahl der Ruder) versetzt angeordneten Lagerungen (2 a, 2 b, 2 c, 2 d) ausgestattet, in denen die freien Enden der einarmigen Ruderhebel (3 a, 3 b, 3 c, 3 d) spielfrei, aber in radialer Richtung verschiebbar, angelenkt sind;
b) der Antrieb der Steuerscheibe (1) erfolgt mit Hilfe von mindestens zwei elektrisch oder elektromagnetisch betreibbaren, ziehend oder drückend wirkenden Betätigungsmitteln (5 a, 5 b, 5 c, 5 d), die derart angeordnet sind, daß sie eine Bewegung der Steuerscheibe (1) jeweils in radialer Richtung erzeugen, wobei die Überlagerung der durch sie erzeugten Bewegungen der Steuerscheibe eine Verschiebung der Steuerscheibe in jede Richtung in der senkrecht zur Flugrichtung liegenden Ebene (Y, Z) ermöglicht;
c) die Lagerung der Steuerscheibe (1) erfolgt mittels einer drehgehemm ten Federvorrichtung (6), die aus einer etwa ringförmigen zentralen Halterung (7) besteht, an der tangential gleichsinnig vier Federarme (8 a, 8 b, 8 c, 8 d) gleichmäßig über den Umfang der Halterung (7) verteilt befestigt sind, wobei ein gegenüberliegendes Paar von freien Enden (9 b, 9 d) der Federarme (8 b, 8 d) am Flugkörpergehäuse (10 a, 10 b) und das andere Paar (9 a, 9 c) an der Steuerscheibe (1) gelagert (11 a, 11 b) ist.

2. Verdrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Steuerscheibe (1) mittels zweier um 90° zueinander versetzt angeordneten und ziehend oder drückend wirksamen Elektromagneten (12 a, 12 b) erfolgt.

3. Verdrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Steuerscheibe (1) mittels dreier um 120° zueinander versetzt angeordneten und ziehend oder drückend wirksamen Elektromagneten (13 a, 13 b, 13 c).

4. Verdrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Steuerscheibe (1) mittels vier um jeweils 90° zueinander versetzt angeordneten und ziehend oder ziehend/drückend wirksamen Elektromagneten (5 a, 5 b, 5 c, 5 d) besteht.