DE3738107C1

DE3738107C1 - Device for deflecting a fluid jet with the aid of a jet control surface

Info

Publication number: DE3738107C1
Application number: DE19873738107
Authority: DE
Inventors: Walter Kranz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1987-11-10
Filing date: 1987-11-10
Publication date: 1989-06-22

Abstract

The invention relates to a device for deflecting (vectoring) a fluid jet, especially a thrust jet (3) emerging from a thrust nozzle (2) of a missile (1), having a deflection element (vectoring element) or jet control surface (5) which can be introduced into the fluid jet, in a controlled manner, essentially at right angles thereto. In order to shorten the switching times of such jet control surfaces and to enable mechanically simple construction of the entire device, it is proposed according to the invention that the deflection element be a vane (5) of a driven impeller wheel, whose other parts do not enter the thrust jet (3), or enter it only to an insignificant extent, during rotation of the impeller wheel (4). The impeller wheels (4) are driven either with the aid of a servo motor (8) or by the thrust jet (3) itself, the actuating device then being constructed as a brake (9, 10). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ablenkung eines Fluidstrahles mit Hilfe eines Strahlruders gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for distraction a fluid jet with the help of a jet vane according to the Preamble of claim 1.

Derartige Einrichtungen - vgl. etwa die DE-AS 14 56 161 - werden insbesondere zum Ablenken eines aus einer Schubdüse eines Flugkörpers austretenden Schubstrahls benutzt, wobei in den Schubstrahl im wesentlichen quer dazu gesteuert ein Ablenkelement, üblicherweise als Strahlruder bezeichnet, einbringbar ist. Dieses Strahlruder ist in einer Ebene senkrecht zur unabgelenkten Schubstrahlrichtung gelegen und um eine Achse parallel zu der Schubrichtung üblicherweise mit Hilfe eines Magnetantriebes in den Schubstrahl einschwenkbar. Die Bewegung des Strahlruders erfolgt, insbesondere bei um ihre Längsachse rollenden Flugkörpern nach Art einer relativ hochfrequenten Pulsdauermodulation. Jedesmal, wenn das Strahlruder in den Schubstrahl eintaucht, bildet die Kante des Strahlruders eine Staukante für den Schubstrahl, so daß dieser aus der normalen axialen Richtung aus- und in eine von der Staukante wegweisende Querrichtung abgelenkt wird. Auf den Flugkörper wird hierbei eine Querkraft ausgeübt, so daß dieser nach der Dauer des Kommandos in die gewünschte Flugrichtung einschwenkt.Such facilities - cf. about DE-AS 14 56 161 - are used in particular to distract one thrust jet emerging from a thruster of a missile used, being in the thrust jet essentially transverse to it controlled a deflection element, usually as a thruster referred to, can be introduced. This thruster is in one Plane perpendicular to the undeflected thrust direction and usually about an axis parallel to the direction of thrust with the help of a magnetic drive in the thrust jet swiveling. The movement of the thruster takes place especially in the case of missiles rolling about their longitudinal axis Kind of a relatively high frequency pulse duration modulation. Every time when the thruster dips into the thrust, it forms the Edge of the jet vane a stowage edge for the thrust jet, see above that this out of the normal axial direction and in one is deflected from the congestion-pointing transverse direction. On a transverse force is exerted on the missile, so that this into the desired one according to the duration of the command Swinging in flight direction.

Durch die Hin- und Her-Schwenkbewegung des Strahlruders werden dessen Lager stark belastet. Außerdem sind wegen der relativ massiv ausgeführten und deshalb relativ trägen Strahlruder in Verbindung mit dem Magnetantrieb die Schaltzeiten nur begrenzt zu verkürzen. Außerdem ist der elektrische Leistungsbedarf relativ hoch. Through the back and forth swiveling movement of the thruster whose bearings are heavily loaded. They are also because of the relative massive and therefore relatively sluggish thruster in Connection with the magnetic drive only has limited switching times To shorten. In addition, the electrical power requirement quite high.

Aus der DE-AS 11 83 751 ist eine Einrichtung zum Ablenken des Schubstrahles eines Strahltriebwerkes bekannt, die ebenfalls nach dem erwähnten Strahlruderprinzip arbeiten kann. Hierbei sind um den austretenden Schubstrahl mehrere Kammern gelegt, deren hintere Wände als verschiebbare Strahlruder ausgebildet sind. Die Steuerung des Schubstrahles kann durch die Größe der verschiebbaren Strahlruderwände nur sehr träge erfolgen. Außerdem ist eine Übernahme dieses Prinzipes auf kleine Strahltriebwerke kaum möglich, wie sie etwa bei Panzerabwehrflugkörpern vorhanden sind.From DE-AS 11 83 751 is a device for deflecting the Thrust jet of a jet engine known, which also after mentioned thruster principle can work. Here are around emerging thrust jet placed several chambers, the rear walls are designed as displaceable thrusters. The control of the Thrust jet can be caused by the size of the sliding thruster walls done very sluggishly. In addition, this principle is adopted hardly possible on small jet engines, as is the case with Anti-tank missiles are present.

Aus der DE-AS 12 06 731 ist eine Einrichtung insbesondere für Flugzeuge bekannt, mit der auf das Flugzeug gezielt Lenk- oder Schubkräfte ausgeübt werden. Hierzu wird von einem Gasgenerator ein Gasstrahl geliefert, der über einen Verteiler zu beiden Seiten des Flugzeugrumpfes austreten kann. Um die Richtung des austretenden Strahles zu beeinflussen, sind an den Auslässen verschiebbare Schaufelgitter vorgesehen, deren Schaufeln mehrere Richtungen einnehmen. Je nachdem, wie die Stellung der Schaufelgitter vor den Auslässen des Gasstrahles ist, wird der Gasstrahl entsprechend abgelenkt. Eine solche Einrichtung ist nur für einen quasi statischen Betrieb anwendbar, nicht jedoch dazu, einen Schubstrahl mit hohen Frequenzen ablenken zu können.From DE-AS 12 06 731 is a device in particular for Aircraft known to target or steer on the aircraft Shear forces are exerted. This is done by a gas generator Gas jet supplied through a manifold on both sides of the Aircraft fuselage can leak. To the direction of the exiting To influence the beam are displaceable at the outlets Shovel grids are provided, the shovels of which have several directions take in. Depending on how the position of the vane grille in front of the Outlets of the gas jet, the gas jet becomes corresponding distracted. Such a device is only for a quasi static Operation applicable, but not to a high thrust jet To be able to deflect frequencies.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der in Rede stehenden Art zur Ablenkung eines Fluidstrahles anzugeben, der einen einfachen Aufbau und schnelle Schaltzeiten bei gleichzeitig geringem elektrischen Leistungsbedarf aufweist.The invention has for its object a device type in question for deflecting a fluid jet specify a simple structure and fast switching times has at the same time low electrical power requirements.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is according to the invention by the characterizing part of claim 1 specified features solved.

Demgemäß ist das Ablenkelement ein Flügel eines angetriebenen Drehflügelrades, das kontinuierlich um seine Achse rotieren kann und jeweils in Positionen anzuhalten ist, in denen der Drehflügel in den Fluidstrahl eintaucht und dort als Strahlruder wirkt. Ein solches Drehflügelrad kann mit geringer Trägheit ausgestattet werden, so daß kurze Schaltzeiten erzielt werden. Durch entsprechende Kontrolle oder Regelung der Drehgeschwindigkeit können auch mehrere Schubablenkungen hintereinander erfolgen, ohne daß das Drehflügelrad hierbei angehalten wird. Auf diese Weise ist eine sehr genaue Steuermöglichkeit gegeben.Accordingly, the deflector is a wing of a driven one Rotary impeller that can rotate continuously around its axis and must be stopped in positions where the Immersed the rotary wing in the fluid jet and there as a jet rudder works. Such a rotary impeller can be used with low inertia be equipped so that short switching times can be achieved. By appropriate control or regulation of Rotational speed can also have multiple thrust deflections take place in succession without the rotary impeller is stopped. This way is a very accurate one Tax opportunity given.

Der Aufbau der Einrichtung gemäß der Erfindung ist sehr einfach und kann aus diesem Grund hochminiaturisiert werden. Der elektrische Leistungsbedarf ist im Gegensatz zu herkömmlichen Einrichtungen reduziert und kann weiter dadurch reduziert werden, daß die Flügel des Drehflügelrades durch den Schubstrahl selbst angetrieben werden. Auf Seiten des Drehflügelrades ist dann nur eine Bremse notwendig, um die Position oder die Drehgeschwindigkeit des Drehflügelrades einzustellen.The construction of the device according to the invention is very simple and can therefore be highly miniaturized. The electrical power requirement is in contrast to conventional Facilities are reduced and can be further reduced as a result be that the wings of the rotary impeller by the thrust jet be driven yourself. On the side of the impeller is then only one brake is necessary to the position or the Set the speed of rotation of the rotary impeller.

Die Ausbildung der Einrichtung mit dem Strahlruder als Drehflügelrad hat noch den weiteren Vorteil, daß die für die Verstellung des Drehflügelrades notwendigen Bauelemente relativ weit weg von der Düse gebracht werden können, was insbesondere bei der Steuerung von Flugkörpern von Vorteil ist, da dann diese Bauelemente relativ weit weg von dem heißen Bereich um die Schubdüse angeordnet werden können.The formation of the facility with the thruster as Rotary impeller has the further advantage that the for the Adjustment of the rotary impeller necessary components relatively can be brought far away from the nozzle, which in particular is advantageous in the control of missiles, because then this Components relatively far away from the hot area around the Thruster can be arranged.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further refinements of the invention result from the Sub-claims emerge.

Die Erfindung ist in zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellt darThe invention is in two embodiments based on the Drawing explained in more detail. In this represents

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Flugkörperhecks mit einer Strahlruderanordnung zur Ablenkung eines Schubstrahles; Fig. 1 shows a cross section through part of a missile with a stern thruster arrangement for deflecting a pusher beam;

Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf die Strahlruderanordnung gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a schematic plan view of the thruster arrangement according to FIG. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil eines Flugkörperhecks mit einer anderen Ausführungsform einer Strahlruderanordnung. Fig. 3 shows a cross section through part of a missile tail with another embodiment of a thruster arrangement.

Innerhalb eines Gehäuses 1 eines Flugkörpers ist im Heckbereich eine Schubdüse 2 vorgesehen, aus der ohne äußere Beeinflussung ein Schubstrahl 3 in Richtung der Schubdüsenachse 4, im allgemeinen der Flugkörperlängsachse austritt.Within a housing 1 of a missile, a thrust nozzle 2 is provided in the tail area, from which a thrust jet 3 emerges in the direction of the thrust nozzle axis 4 , generally the longitudinal axis of the missile, without external influence.

Auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Schubdüse 2 ist jeweils ein Drehflügelrad 4, 4′ angeordnet, wobei jedes Drehflügelrad 4 als Strahlruder 5 wirkende Flügel aufweist. Jedes Drehflügelrad ist mit einer in diesem Falle parallel zur Achse 4 verlaufenden Welle 6, 6′ verbunden, auf die über ein Getriebe 7, 7′, in diesem Falle ein Zahnradpaar eine Stelleinrichtung 8, 8′ wirkt.On two opposite sides of the thruster 2 , a rotary impeller 4, 4 'is arranged, each rotary impeller 4 having 5 acting as a jet vane. Each rotary impeller is connected in this case with a shaft 6, 6 ' running parallel to the axis 4 , on which a control device 8, 8' acts via a gear 7, 7 ' , in this case a gear pair.

Wie aus Fig. 2 zu entnehmen, sind die einzelnen Drehflügel 5, 5′ der Drehflügelräder 4, 4′ in Winkelabständen von 120° um die Welle 6, 6′ verteilt und dabei so angeordnet, daß in einer Stellung, wie sie für das linke Drehflügelrad 4 gezeigt ist, der aus der Schubdüse austretende Schubstrahl nicht durch in ihn eintauchende Flügel 5 beeinflußt wird. In dieser Stellung liegen die Kanten zweier benachbarter Flügel 5 etwa tangential am Umfang der Schubdüse, während der dazwischenliegende Außenumfang des Drehflügelrades gerade den Rand der Schubdüse 2 überdeckt. Durch Weiterdrehen des Drehflügelrades kann ein Drehflügel in den Schubstrahl eingebracht werden, wie dieses für den Flügel 5′ des rechten Drehflügelrades 4′ gezeigt ist. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird der Schubstrahl im Bereich des Drehflügels 5′ gestaut, so daß sich an dessen Rand eine Staukante 7 bildet, wodurch der Schubstrahl 3 aus der Achsrichtung nach links abgelenkt wird. Der Schubstrahl wird in dieser Richtung nicht durch das gegenüberliegende Drehflügelrad 4 beeinflußt. Soll eine Auslenkung des Schubstrahles 3 auf die andere Seite in bezug zu der Achse 4 erfolgen, so wird das Drehflügelrad 4′ um 60° weitergedreht und das linke Drehflügelrad 4 um 60°, so daß jetzt ein Flügel 5 dieses Drehflügelrades in den Schubstrahl eintaucht.As can be seen from Fig. 2, the individual rotary blades 5, 5 'of the rotary impellers 4, 4' are distributed at angular intervals of 120 ° around the shaft 6, 6 ' and arranged so that in a position such as that for the left Rotary impeller 4 is shown, the thrust jet emerging from the thruster is not influenced by vanes 5 immersed in it. In this position, the edges of two adjacent vanes 5 lie approximately tangentially on the circumference of the thrust nozzle, while the outer circumference of the rotary impeller lying between them just covers the edge of the thruster nozzle 2 . By turning the rotary impeller further, a rotary wing can be introduced into the thrust jet, as is shown for the wing 5 'of the right rotary impeller 4' . As can be seen from Fig. 1, the thrust jet is jammed in the area of the rotary wing 5 ' , so that a damming edge 7 forms at the edge thereof, whereby the thrust jet 3 is deflected from the axial direction to the left. The thrust jet is not influenced in this direction by the opposite impeller 4 . If there is a deflection of the thrust jet 3 to the other side with respect to the axis 4 , the rotary impeller 4 ' is rotated further by 60 ° and the left rotary impeller 4 by 60 °, so that now a wing 5 of this rotary impeller dips into the thrust jet.

Der Antrieb der Drehflügelräder kann auf unterschiedlichste Art erfolgen. So können z. B. die Stelleinrichtungen 8 und 8′ als Stellmotoren ausgebildet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Drehflügel selbst so auszugestalten, daß das Drehflügelrad durch den auf ihn wirkenden Schubstrahl in Rotation versetzt wird. Diese Wirkung des Schubstrahles auf die Drehflügel muß dann auch in der Position des Drehflügelrades wirken, in der keine oder nur eine geringe Beeinflussung des Schubstrahles gewünscht wird, d. h. der Schubstrahl muß auch auf die Drehflügel 5 des sich in dieser Stellung befindlichen linken Drehflügelrades 4 wirken. Ein solcher Antrieb des Drehflügelrades durch den Schubstrahl hat den Vorteil, daß die Stelleinrichtung 8, 8′ des Drehflügels lediglich als Bremse ausgebildet werden muß. In Fig. 1 sind die beiden Stelleinrichtungen 8 und 8′ schematisch als Magnetbremsen dargestellt, d. h. sie weisen jeweils einen gesteuerten Elektromagneten 9, 9′ sowie eine Bremsscheibe 10, 10′ auf, die bei der Betätigung des Elektromagneten an dessen Pole angezogen wird und das jeweilige Drehflügelrad abbremst. Wird der Elektromagnet ausgeschaltet, so wird die Bremsscheibe freigegeben, so daß sich das zugeordnete Drehflügelrad, angetrieben durch den Schubstrahl, frei um seine Welle dreht.The impeller can be driven in a variety of ways. So z. B. the actuators 8 and 8 'can be designed as servomotors. Another possibility is to design the rotary vane itself in such a way that the rotary vane wheel is set in rotation by the thrust jet acting on it. This effect of the thrust jet on the rotary vane must then also act in the position of the rotary vane wheel in which little or no influence on the thrust jet is desired, ie the thrust jet must also act on the rotary vane 5 of the left rotary vane wheel 4 located in this position. Such a drive of the rotary vane wheel by the thrust jet has the advantage that the actuating device 8, 8 'of the rotary vane only has to be designed as a brake. In Fig. 1, the two actuators 8 and 8 'are shown schematically as magnetic brakes, that is, they each have a controlled electromagnet 9, 9' and a brake disc 10, 10 ' , which is attracted to the pole when the electromagnet is actuated and that brakes the respective impeller. If the electromagnet is switched off, the brake disc is released so that the associated rotary impeller, driven by the thrust jet, rotates freely around its shaft.

Eine mögliche Ausgestaltung der Drehflügel für einen Antrieb durch den Schubstrahl ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt und mit 12 bezeichnet. Die Drehflügel sind in diesem Falle aus der Ebene des Drehflügelrades herausgeneigt, so daß sich beim Auftreffen des Schubstrahles auf die Unterfläche der Flügel eine Querkraftkomponente einstellt, die das Drehflügelrad in Rotation versetzt.A possible embodiment of the rotary blades to be driven by the thrust jet is shown in phantom in Fig. 1 and indicated at 12. In this case, the rotary blades are inclined out of the plane of the rotary impeller, so that when the thrust jet strikes the lower surface of the blades, a shear force component is set which sets the rotary impeller in rotation.

Eine andere Möglichkeit, einen Antrieb der Drehflügelräder zu erreichen, ist in Fig. 3 dargestellt. Die Drehflügelräder 4 a bzw. 4 a′ weisen gegen deren Drehachsen geneigte Flügel 5 a bzw. 5 a′ auf, so daß die Gesamtheit der ebenfalls drei Flügel bei jedem Flügelrad etwa auf einem Konus liegen.Another possibility of driving the rotary impeller wheels is shown in FIG. 3. The rotary impellers 4 a and 4 a ' have inclined wings 5 a and 5 a' against their axes of rotation, so that the entirety of the three vanes for each impeller lie approximately on a cone.

Ansonsten ist die Ausgestaltung der gezeigten Strahlruderanordnung identisch zu der in Fig. 1.Otherwise, the configuration of the thruster arrangement shown is identical to that in FIG. 1.

Es ist selbstverständlich, daß die Ausgestaltung der Drehflügelräder und der Flügel sowie deren Anzahl beispielhaft ist, ebenso wie die Ausgestaltung der Stelleinrichtung.It goes without saying that the design of the Rotary impellers and the wing and their number are examples is, as is the design of the actuating device.

Claims

1. A device for deflecting a fluid jet, in particular a thrust jet emerging from a thrust nozzle of a missile, with a deflecting element (thruster) which can be introduced into the flight jet essentially transversely thereto, characterized in that the deflecting element comprises a wing ( 5 ) of a driven rotary impeller wheel ( 4 ), the remaining parts of which do not or only insignificantly dip into the fluid jet ( 3 ) when the rotary impeller ( 4 ) rotates.

2. Device according to claim 1, characterized in that the rotary impeller ( 4 ) has a plurality of vanes ( 5 ).

3. Device according to claim 2, characterized in that the wings ( 5 ) are each constructed identically and are arranged at regular angular intervals on the rotary impeller ( 4 ).

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the wings ( 5 ) of the rotary impeller ( 4 ) are designed such that the rotary impeller ( 4 ) experiences a driving force through the fluid jet ( 3 ).

5. Device according to claim 4, characterized in that a braking device ( 8, 9, 10 ) is provided for the rotary impeller ( 4 ).