DE3827590A1

DE3827590A1 - Flugkoerper

Info

Publication number: DE3827590A1
Application number: DE3827590A
Authority: DE
Inventors: Walter Kranz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1988-08-13
Filing date: 1988-08-13
Publication date: 1990-02-22
Also published as: DE3827590C2; FR2637064A1; FR2637064B1; US4964593A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flugkörper, mit einem Rotorring, der mindestens ein verstellbares Ruder aufweist, das durch die Relativverdrehung zwischen Rotorring und Flugkörper betätigbar ist.

Ein derartiger Flugkörper kann je nach Stellung der an ihm befestigten Ruder eine Rollbewegung um seine Langsachse ausführen, wobei der Rotorring bei entsprechendem Anstellwinkel seiner Ruder keine Drehbewegung um seine Längsachse ausführt. Andererseits kann der Flugkörper ohne Rollbewegungen seine Bahn ziehen, während der Rotorring bei entsprechendem Anstellwinkel seiner Ruder eine Drehbewegung um seine Längsachse ausführen kann. In beiden Fällen erhält man also eine Relativverdrehung zwischen dem Rotorring und dem Flugkörper.

Aus der US-PS 31 11 088 ist ein Flugkörper bekannt, der aus zwei Abschnitten besteht, wobei der vordere Abschnitt einen Suchkopf aufweist und der hintere Abschnitt mit einer Antriebsvorrichtung versehen ist. Beide Abschnitte können in entgegengesetzten Richtungen zueinander um die Längsachse rollen, wobei der hintere Abschnitt mit einem elektromagnetischen Generator versehen ist, der durch die Rollbewegungen des vorderen Abschnitts bzw. die entgegengesetzten Rollbewegungen der beiden Abschnitte zueinander betätigbar ist. Dem Generator ist dabei eine magnetische Bremse zugeordnet, um so die Rollbewegung des vorderen Abschnitts unterbrechen zu konnen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Manövrierfähigkeit eines derartigen Flugkörpers weiter zu erhöhen durch ein in der Betriebsart flexibles, leicht zu bauendes Stellsystem.

Ausgehend von einem Flugkörper der eingangs näher genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß zwischen Rotorring und Flugkörper mindestens ein Motor angeordnet ist sowie eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die den Motor als Generator arbeiten läßt und die Ruderverstellung bewirkt.

Vorteilhafterweise weist der Rotorring zwei starr miteinander verbundene Ruder auf, während der Flugkörper zwei Motoren/Generatoren aufweist, die die beiden Ruder verstellen.

Die Steuervorrichtung weist vorteilhafterweise einen Meßkreis auf zur Feststellung des Anstellwinkels α des Rotorruders, einen Meßkreis zur Feststellung des Verdrehwinkels β zwischen Ruder und Flugkörper sowie einen Meßkreis zur Feststellung des Winkels δ der Ruderachse gegenüber einem raumfesten Koordinatensystem.

Der erfindungsgemäße Flugkörper weist den Vorteil eines geringeren aerodynamischen Widerstandes, eines kleineren Gewichtes sowie eines günstigeren konstruktiven Aufwandes auf; ein sich ständiger drehender Flugkörper hält die Motoren/Generatoren im optimalen Drehzahlbereich, wodurch die maximale Leistung der Motoren ausnutzbar ist; bei dem Kommando "Nicken" kann die elektrische Bremsenergie des einen Motors für den Antrieb des zweiten Motors ausgenutzt werden, wodurch die Spitzenbelastung der elektrischen Batterie reduziert wird und damit eine Gewichtseinsparung erzielt werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der mehrere vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Flugkörpers mit sich ständig drehendem Rotorring;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Rotorrings und zwei Motoren/Generatoren;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung;

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Flugkörpers mit feststehendem Rotorring und

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Ausführungsbeispiels für den Rotorring.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Flugkörper dargestellt, der einen vorderen Abschnitt 1 und einen hinteren Abschnitt 2 aufweist, die fest miteinander verbunden sind. Zwischen diesen beiden Abschnitten ist ein Rotorring 3 vorgesehen, der mindestens ein paar verstellbare Ruder 4, 5 aufweist, die im gewählten Ausführungsbeispiel verschränkt zueinander angeordnet sind, so daß der Rotorring 3 ständig eine Drehbewegung um die Längsachse des Flugkörpers ausführt.

Mit 6, 7 sind zwei Ruder für den Flugkörper bezeichnet, die so angeordnet sein können, daß der Flugkörper eine Rollbewegung um seine Längsachse ausführt, wobei, wie durch die Pfeile angedeutet, die Drehbewegungen von Rotorring und Flugkörper entgegengesetzt zueinander sind.

Erfindungsgemäß und gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind nun im Flugkörper zwei Motoren/Generatoren 9, 10 vorgesehen, die durch die relative Drehbewegung zwischen Flugkörper und Rotorring betätigbar sind und die durch eine elektrische Steuervorrichtung entweder als Motoren oder als Generatoren schaltbar sind, wobei die zwei Ruder fest miteinander verbunden sind.

Fig. 2 zeigt schematisch eine vergrößerte Darstellung des Rotorrings 3 mit den beiden Motoren/Generatoren 9, 10, wobei mit 8 die Flugkörperlängsachse bezeichnet ist, um die sich der Rotorring 3 dreht und mit α der Anstellwinkel der Ruder 4, 5 des Rotorrings. Die Motoren/Generatoren tragen ein mit ihrer Antriebswelle fest verbundenes Zahnrad, das über eine Innenverzahnung mit dem Verstellmechanismus für die Ruder um den Winkel α im Eingriff steht. Der Rotorring dient als Lagerung für die zwei Ruder und ist auf dem Flugkorper zwischen 1 und 2 drehbar gelagert.

Ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung zur Umschaltung der Motoren 9, 10 auf den Generatorbetrieb und umgekehrt und damit zur Steuerung der Ruder, z. B. zur Erzeugung einer geeigneten Querkraft in eine definierte räumliche Richtung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. In diesem Blockschaltbild ist mit 12 ein Meßkreis zur Feststellung des Anstellwinkels a der Ruder 4, 5 des Rotorrings, mit 13 ein Meßkreis zur Feststellung des Winkels β, d. h., des Verdrehwinkels zwischen Ruder und Flugkörper, mit 14 ein Rollkreisel und mit 15 ein Meßkreis zur Feststellung des Winkels δ zwischen der Ruderachse und einem raumfesten Koordinatensystem, d. h., der Erdoberfläche.

Der Meßkreis 12 stellt dabei den Versatz der durchlaufenden Pole zwischen den beiden Motoren/Generatoren 9, 10 fest und berechnet daraus den Anstellwinkel α der Ruder des Rotorrings. Der Meßkreis 13 addiert die durchlaufenen Pole und berechnet daraus den Verdrehwinkel β um die Flugkörperlängsachse. Aus diesem Winkel β und dem Meßergebnis des Rollkreisels 14 kann durch den Meßkreis 15 der Winkel δ berechnet werden, den die Ruderachse gegenüber der Erdoberfläche einnimmt. Ein weiterer Meßkreis 21, der mit den Motoren/Generatoren 9, 10 verbunden ist, ermittelt die Drehgeschwindigkeit des Rotorrings um seine Längsachse, z. B. durch Zählung der durchlaufenden Pole pro Zeiteinheit. Ein Meßkreis 22 kann zur Ladungsentsicherung vorgesehen sein und ist ebenfalls mit den Motoren/Generatoren 9, 10 verbunden; nach Ablauf z. B. einer vorgegebenen Anzahl von Polsprüngen kann die mitgeführte Ladung des Flugkörpers entsichert werden.

Die vom Meßkreis 12 und vom Meßkreis 15 stammenden Meßwerte dienen zur Erzeugung einer Querkraft auf den Flugkörper in eine definierte räumliche Richtung; der hierzu erforderliche Ist-Wert eines Schaltkreises 23 wird dabei mit dem Soll-Wert für die Querkraft auf den Flugkörper in die geforderte räumliche Richtung einer Steuerschaltung 24 verglichen und einer entsprechenden Schaltung 25 fur die Motoren/Generatoren im Leistungsteil zugeführt. Bei einem eintreffenden Kommando "Querkraft" in eine bestimmte räumliche Richtung wird z. B. 9 durch das Steuergerät S 11 in Stellung G als Generator betrieben und über die Steuerschaltung S 2 der andere Antrieb 10 als Motor. Die Steuerschaltung S 2 teilt den Gesamtverbrauch zwischen Verbraucher 11 und dem Motorverbrauch auf. Das Steuergerät S 12 in Stellung M unterstützt, wenn erforderlich, den Motorantrieb von der Batterie B her über die Steuerschaltung S 3, die auch Einfluß auf den Verbraucher 11 nehmen kann. Es ist weiterhin möglich, daß beide Teile 9, 10 als Motoren arbeiten bzw. beide als Generatoren arbeiten.

Grundsätzlich ist jede Betriebsart anpaßbar an die Erfordernisse der Lenkung:

Wenn hohe Querkräfte kurzzeitig verlangt werden, ist die Abbremsung eines der Generatoren bei Ausnutzung der Tragheit des Rotorrings und zusätzlichen Rollantrieb gemäß Fig. 1 des Flugkörpers von Vorteil.

Anstelle von nur zwei Motoren/Generatoren 9, 10 gemäß Fig. 1 oder 2 ist es auch möglich, eine Vielzahl von Motoren/Generatoren zu verwenden, die in beiden Betriebsarten laufen können und die über parallel zum Außenumfang angeordnete Achsen mit dem Ruderpaar gekoppelt sein können, so daß eine Anpaßbarkeit an unterschiedliche Ruderleistungen gegeben ist. Eine Leistungserhöhung kann auch dadurch erfolgen, daß vier Ruder mit zusätzlich zwei Motoren/Generatoren verwendet werden.

Bei verschränkten Rudern 4, 5 des Rotorrings 3 ist auch eine Rollstabilisierung in beliebiger Winkellage des Flugkörpers um seine Rollachse möglich. Die ständig verschränkten Ruder 4, 5 oder auch eine asymmetrische Massenverteilung bewirken ein ständiges Antriebsmoment, was eine Abbremsung, d. h., einen Generatorbetrieb der Motoren/Generatoren 9, 10, z. B. bei der Rollstabilisierung erzwingt; die hierbei gewonnene Energie aus der Strömung kann zur Speisung weiterer Verbraucher oder zum Antrieb eines Motors benutzt werden, wenn eine Querkraft erzeugt werden soll, oder aber das Drehmoment auf den Rotorring durch verringerte Abbremsung, d. h., verringerten Generatorbetrieb, beschleunigt wird, wenn die Querkrafterzeugung die Drehzahl des Rotorrings reduziert.

Diese Art von Flugkorpersteuerung ist besonders flexibel aufgrund einer Querkrafterzeugung und/oder einer Rollmomenterzeugung im Motor- oder Generatorbetrieb; es besteht freie Auswahl oder auch Kombination der Energiequellen, d. h., elektrischer Batterie und Luftanströmung, wobei auch noch der Vorteil erzielt wird, daß die Energiequelle für weitere elektrische Verbraucher zur Verfügung steht.

Fur die Querkraft- und Rollmomenterzeugung genügen zwei Generatoren, wodurch der Aufbau nur unwesentlich erschwert wird; die Generatoren und die zugehörigen Getriebe arbeiten in einem Bereich mit hohem Wirkungsgrad, bedingt durch den ständig sich drehenden Rotorring, so daß keine Null-Durchgänge auftreten mit den bekannten Nachteilen, wie Lose und Weichheit der Übersetzung.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel führt der Flugkörper 1, 2 Rollbewegungen um seine Langsachse aus, während der Rotorring 3 keine Drehbewegung ausführt, d. h., in Gleitstellung steht, da die Ruderachse parallel zum Horizont liegt. Auch hierbei sind der vordere Abschnitt 1 und der hintere Abschnitt 2 des Flugkörpers wie insbesondere Fig. 5 erkennen läßt jeweils mit einem Motor/Generator 9, 10 versehen, die durch die relative Drehbewegung zwischen Flugkörper und Rotorring betätigbar sind.

Das Ruder 4 kann dabei fest mit einer Ruderachse 16 verbunden sein, die auf der einen Seite den Rotorring in einer als Lagerstelle dienenden Durchführung 18 durchsetzt und deren anderes Ende mit einer als Zahnrad ausgebildeten Lagerstelle 17 und mit dem zweiten Ruder 5 fest verbunden ist. Die mit Außenverzahnungen versehenen Lager 17, 18 können mit zwei parallel zueinander angeordneten, ebenfalls mit Zahnrädern versehenen Bügeln 19, 20 zusammenwirken. Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 2 im wesentlichen dadurch, daß die Konsole des Ruderrings, d. h., der sich drehende, die Ruder 4, 5 tragende Bereich nur noch durch die Ruderachse 16 dargestellt wird. Die Bremsenergie des einen Motor/Generators wird auch hier in Form von elektrischem Strom direkt in den anderen Motor/Generator geleitet, wenn eine Querkraft erzeugt werden soll.

Aufgrund der fehlenden Verschränkung zwischen den beiden Rudern 4, 5 des Rotorrings 3 erhält man eine Minimalisierung des aerodynamischen Ruderwiderstandes. Der sich ständig drehende Flugkörper hält die Motoren/Generatoren sowie die zugehörigen Getriebe im optimalen Drehzahlbereich, so daß eine maximale Leistung ausnutzbar ist.

Die hohe mögliche Drehzahl der Motoren/Generatoren 9, 10 reduziert deren Baugröße und damit ihr Gewicht, so daß eine bessere Unterbringung bzw. die Unterbringung mehrerer Motoren/Generatoren als nur deren zwei entlang des Umfangs des Flugkörpers möglich ist.

Claims

1. Flugkörper mir einem Rotorring, der mindestens ein verstellbares Ruder aufweist, das durch durch die Relativverdrehung zwischen Rotorring und Flugkorper betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotorring und Flugkörper mindestens ein Motor angeordnet ist sowie eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die den Motor als Generator arbeiten läßt und die Ruderverstellung bewirkt.

2. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein Leistungsteil aufweist, das aus mindestens einer Einheit Motor/Generator mit Ruder und einem Steuergerät besteht.

3. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein Leistungsteil aufweist, das aus mindestens einer Einheit von zwei getrieblich gekoppelten Motoren/Generatoren mit Ruder und zwei Steuergeräten S 11, S 12 besteht.

4. Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Ruder fest mit dem Ruder des Motors/Generators in Verbindung ist.

5. Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Steuerschaltung S 2 im Generator-Verbraucherzweig zur Aufteilung der Generatorleistung auf Verbraucher und Motor vorgesehen ist.

6. Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Batteriezweig eine Steuerschaltung S 3 zur Aufteilung der Batterieleistung auf den Motor und den Verbraucher vorgesehen ist.

7. Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergeräte und die Steuerschaltungen zum kontinuierlichen Arbeiten transistorisiert sind.

8. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung einen Meßkreis aufweist zur Stellung des Verdrehwinkels zwischen Ruder und Flugkörper.

9. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung einen Meßkreis aufweist zur Feststellung des Winkels δ der Ruderachse gegenüber einem raumfesten Koordinatensystem.

10. Verfahren zur Feststellung des Anstellwinkels des Ruders unter Verwendung eines Meßkreises nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz der durchlaufenden Pole der beiden Motoren/Generatoren zueinander gemessen und daraus der Anstellwinkel α berechnet wird.

11. Verfahren zur Feststellung des Verdrehwinkels β zwischen Ruder und Flugkörper unter Verwendung eines Meßkreises nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Addition der durchlaufenden Pole eines der Motoren/Generatoren gemessen wird und daraus der Winkel β berechnet wird.

12. Verfahren zur Feststellung des Winkels δ der Ruderachse gegenüber einem raumfesten Koordinatensystem unter Verwendung eines Meßkreises nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel δ aus dem Ist-Wert eines Rollkreisels und dem Verdrehwinkel β zwischen Ruder und Flugkörper berechnet wird.