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

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

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DE3717688C1
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Walter Hetzer
Erwin Goellner
Otto Rossmanith
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Airbus Defence and Space GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
    • F42B10/60—Steering arrangements
    • F42B10/62—Steering by movement of flight surfaces
    • F42B10/64—Steering by movement of flight surfaces of fins

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Abstract

The invention relates to a rotation device for aerodynamically acting control surfaces, in the case of which all the control surfaces are operated by means of an annular control cam, which is supported such that it is restrained in rotation. <IMAGE>

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.The invention relates to a twisting device for rotatably mounted aerodynamically effective rudders, in which the mechanical connection of the rudders with the help of an annular connector part is carried out and the connecting part by means of an electromecha nisch effective drive means is movable.

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.From US 45 12 537 it is known two opposite to the Fuselage tip of a steerable missile arranged over a duck oar to connect annular connecting part firmly. The deflection of the Duck rudder is carried out in that at the connecting part attached pins scan the contour of a rotatable cam and that the connecting part is deflected accordingly. Out of this There are several disadvantages due to the design. First, the mechanical elaborate construction, which is particularly annoying when two pairs of oars should be operated with mutually perpendicular rudder axes. Farther it proves disadvantageous that this is due to the contours long response times and high power consumption occurs. Furthermore the aerodynamic restoring forces occurring at the rudders not used. Finally, there is the disadvantage that with one biaxial rudder control the interior of the missile completely is required for the drive mechanism and not for a device can be used, which could increase the effectiveness of the weapon.

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.The invention is therefore based on the object of a rudder drive realize that avoids the disadvantages mentioned above, d. i.e., space is built to save, is responsive and uses little energy need works.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs wiedergegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is achieved by the in the characterizing part of Main claim reproduced features solved. Advantageous design forms arise from the subclaims.  

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.The solution according to the invention has a number of advantages. First of all, the minimum component effort and the property must be mentioned the kinematics that all rudder axes to be controlled continuously be moved in the same way. This is also the type of rudder control insensitive to lateral and Coriolis accelerations and it can with Duck oars or tailplane can be used equally well because of the Central space in the missile remains free of components. Besides, can be emphasized that such a rudder drive a cheap Has energy balance, since those occurring in an axial direction aerodynamic restoring forces on the control disc on the to controlling other rudder axis are partially transmitted. When using When using electromagnets, the torsionally inhibited spring linearizes the magnet characteristic such that the control of the electromagnets in simple Way can be run as a current control, what the effort Control electronics significantly reduced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. It shows

Fig. 1 eine vereinfachte Explosionszeichnung eines Ruderantriebes mit vier Elektromagneten; Figure 1 is a simplified exploded view of a rudder drive with four electromagnets.

Fig. 2 eine Skizze eines Ruderantriebes mit zwei Elektromagneten; Fig. 2 is a sketch of a rudder actuator with two electromagnets;

Fig. 3 eine Skizze eines Ruderantriebes mit drei Elektromagneten. Fig. 3 is a sketch of a rudder drive with three electromagnets.

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. Fig. 1 shows the structure of an embodiment of the rudder drive according to the Invention with a positively coupled deflection of two mutually perpendicular rudder pairs. The approximately ring-shaped control disc 1 has play-free bearings 2 a , 2 b , 2 c , 2 d for the rudder levers 3 a , 3 b , 3 c , 3 d of the oars 4 a , 4 b , 4 c at four opposite pairs , 4 d , which are designed here as balls stored in elongated holes.

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.The control disk is driven by four electromagnets ( 5 a , 5 b , 5 c , 5 d), which are evenly distributed on the circumference of the disk and operate in a pushing or pushing manner. When a magnet is actuated, the control disk moves inwards or outwards in the radial direction.

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.The control disk can be moved in any direction in the YZ plane of the coordinate system by superimposing the directions of movement of the two electromag net pairs 5 a, c and 5 b, d .

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 the storage of the control disc, the problem arises that with the specified type of articulation of the rudder lever 3 a , 3 b , 3 c , 3 d each rotary movement of the control disc around the X axis must be avoided in order not to generate additional rolling moments. This problem is solved in a particularly simple manner with the help of the suspension on the rotationally inhibited Federvor device 6 . This spring device consists of an annular retaining ring 7 , which is the same size as the free central opening in the control disc 1 , so that the central space can be used for facilities that improve the effectiveness of the missile. On the retaining ring 7 four leaf springs 8 a , 8 b , 8 c , 8 d are tangentially attached, which have bearing sleeves 9 a , 9 b , 9 c , 9 d at their free ends. An opposite pair of these bearing sleeves 9 a, c is mounted on the control disk 1 with the aid of pins 11 a, b , the other pair is fastened to the missile cell 10 a, b . The control disk 1 is thus mounted in the area of the required deflection of approximately 2 mm in a rotationally fixed manner on each side and is movable in all directions in the YZ plane.

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 FIGS. 2 and 3 show two further variants are Darge provides. Fig. 2 shows the simplest form of rudder kinematics with only two electromagnets 12 a, b , which in the arrangement shown allow a control in every direction.

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. In FIG. 3, a drive of the control disk 1 by means of three is offset by 120 ° are arranged electromagnets 13 a, b, c shown. This figure also shows that the rudder drive according to the invention can also be used to control other rudder configurations, such as three rudders which are offset by 120 °, for example.

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.In the case of a rolling missile, each pair of oars in an arrangement according to FIG. 1, with the steering command remaining the same, must change the deflection direction after a roll angle of 180 °, so that the individual oars are deflected in the form of a harmonic oscillation. With a constant steering command, the center of the control disk 1 thus always remains at the same location. From this it can be deduced that the force vector generated by the electromagnets and the resulting air force vector acting on the rudders are independent of the roll angle.

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.Those attacking the rudders during transverse accelerations of the missile Mass forces can largely by the mass force of the control disc can be compensated, since their moments with respect to the transverse axis cancel. This also applies to any bank angle.

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.When the rudders are moved, the exchange of kinetic energy takes place over the control disc between the two pairs of oars and is in the sum constant. Therefore, with such a rudder drive favorable energy balance can be achieved in the control processes.

Claims (4)

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.
1. twisting device for rotatably mounted aerodynamically effective rudders of a steerable missile, which are mechanically connected to their rotary actuation by an annular component which is movable by electrically effective drive means, characterized by the combination of the following features
  • a) a control disc (1) which has a central circular recess (1 a), with radially opposite, in each case at an angle α = 360 ° / n (n... Number of rudder) staggered bearings (2 a, 2 b , 2 c , 2 d) , in which the free ends of the one-armed rudder lever ( 3 a , 3 b , 3 c , 3 d) are articulated without play, but can be moved in the radial direction;
  • b) the control disc ( 1 ) is driven with the aid of at least two electrically or electromagnetically operable, pulling or pushing actuating means ( 5 a , 5 b , 5 c , 5 d) which are arranged such that they move the control disc ( 1 ) generate each in the radial direction, the superimposition of the movements of the control disc generated by it enables displacement of the control disc in any direction in the plane (Y, Z) perpendicular to the direction of flight;
  • c) the control disc ( 1 ) is mounted by means of a torsionally spring device ( 6 ) which consists of an approximately annular central holder ( 7 ) on the tangentially in the same direction four spring arms ( 8 a , 8 b , 8 c , 8 d) are attached distributed evenly over the circumference of the holder ( 7 ), an opposite pair of free ends ( 9 b , 9 d) of the spring arms ( 8 b , 8 d) on the missile housing ( 10 a , 10 b) and the other pair ( 9 a , 9 c) is mounted on the control disc ( 1 ) ( 11 a , 11 b) .
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.2. Twisting device according to claim 1, characterized in that the drive of the control disc ( 1 ) by means of two offset by 90 ° to each other and pulling or pushing effective electromagnet ( 12 a , 12 b) . 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).3. Twisting device according to claim 1, characterized in that the drive of the control disc ( 1 ) by means of three 120 ° offset and pulling or pushing acting electromagnets ( 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.4. Twisting device according to claim 1, characterized in that the drive of the control disc ( 1 ) by means of four offset by 90 ° to each other and pulling or pulling / pushing acting electromagnets ( 5 a , 5 b , 5 c , 5 d) .
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