DE4024264A1 - Vorrichtung zum steuern eines flugkoerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern eines Flugkörpers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-PS 34 29 798 ist eine solche Vorrichtung bekannt, bei der vorzugsweise in der Flugkörperspitze ein Verteiler für ein Strömungsmittel, vorzugsweise Heißgas eines Gasgenerators, gelagert ist, der seinerseits um die Flugkörperlängsachse rotiert und zumindest eine Auslaßöffnung aufweist, aus der Heißgas etwa senkrecht zur Flugkörperlängsachse abgegeben wird. Die den Verteiler mit der Auslaßöffnung umgebende Flugkörperspitze ist ihrerseits angetrieben, z. B. mit Hilfe von Luftrudern, und weist eine oder mehrere Ausblasöffnungen auf, deren Überdeckungsgrad mit der Auslaßöffnung des Verteilers mit Hilfe eines Bremssystemes, z. B. eines elektromagnetischen Kupplungssystemes einstellbar ist. Hierzu kann entweder die Drehung der Flugkörperspitze oder die Drehung des Verteilers durch das Bremssystem beeinflußt werden.

Ein Problem bei dieser Vorrichtung ist die Gasdurchführung zwischen dem im Flugkörpergehäuse angeordneten Gasgenerator und dem drehenden Verteiler in der Flugkörperspitze: an dieser Stelle treten Druckverluste auf; außerdem muß in dem Verteiler der Gasstrahl auf kleiner Fläche relativ scharf umgelenkt werden, wodurch sich ebenfalls Druckverluste ergeben. Dementsprechend sind die möglichen Querkräfte, die auf den Flugkörper zu dessen Steuerung mit dieser Vorrichtung auszuüben sind, relativ gering. Da außerdem an der Übergangsstelle zwischen Gasgenerator und Verteiler ein hohes Korrosionsrisiko besteht, muß die Konstruktion in diesem Bereich besonders präzise ausgebildet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß trotz Vereinfachung der Konstruktion hohe Querkräfte auf den Flugkörper ausgeübt werden können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die in dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Wesentlicher Gedanke ist demnach, den Gasgenerator selbst in dem Flugkörper drehbar zu lagern. Dies hat den Vorteil, daß in der Baueinheit des Gasgenerators die Auslaßöffnungen integriert sind, so daß sich keine Probleme hinsichtlich der Gasdurchführung ergeben. Außerdem können der Gasgenerator und die zugehörigen Auslaßöffnungen so angeordnet und dimensioniert sein, daß wesentlich geringere Strömungsverluste beim Umlenken der Gasströmung auftreten. Insgesamt können mit dieser Vorrichtung höhere Querkräfte auf den Flugkörper ausgeübt werden, und das, obwohl die gesamte Vorrichtung nicht größer baut als die bekannte Vorrichtung.

Außerdem kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht nur im Bereich der Flugkörperspitze angeordnet sein, so z. B. in der Flugkörpermitte und auch am Flugkörperheck. Bei der Anordnung am Flugkörperheck kann die Vorrichtung zumindest teilweise noch für den Vortrieb des Flugkörpers verwendet werden. Durch entsprechende Anordnung und Dimensionierung der Vorrichtung können auch hyperschnelle Flugkörper, z. B. hyperschnelle Granaten mit hoher Wirkung gesteuert werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den mittleren Bereich eines Flugkörpers mit einer Vorrichtung zum Steuern des Flugkörpers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt längs II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Heckbereich eines Flugkörpers mit einer Vorrichtung zu dessen Steuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung;

Fig. 5 und 6 jeweils Teildarstellungen der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch den Vorderbereich eines Flugkörpers mit einer Vorrichtung zu dessen Steuerung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist der Mittelteil eines Flugkörpers 1, z. B. einer Granate, dargestellt. Im Innern des Flugkörpers ist, um dessen Längsachse A drehbar, ein Gasgenerator 2 gelagert. Der Gasgenerator 2 weist ein zylindrisches Gehäuse 3 auf, in dessen Innenraum 4 eine nur angedeutete Treibladung 5 gelegen ist. Auf zwei radial gegenüberliegenden Seiten sind in der Wand des Gasgenerators zwei radial gerichtete Schubdüsen 6 vorgesehen.

Das zylindrische Gehäuse 3 des Gasgenerators 2 weist zu beiden Seiten koaxiale Achsstummel 7 auf, die jeweils in Kugellagern 8 im Flugkörper 1 gehalten sind. Der in Fig. 1 linke Achsstummel 7 trägt an seinem Ende ein Zahnrad 9, in das ein Ritzel 10 eines Antriebsmotors 11, z. B. eines kleinen Elektromotors, eingreift. Auf dem in Fig. 1 rechten Achsstummel 7 des Gasgenerators ist noch ein zusätzliches Kugellager 12 gelegen, mit dessen äußerer Schale ein als gestufter Zylinder ausgebildetes Spoilerblech 13 verbunden ist, das das zylindrische Gehäuse 3 des Gasgenerators 2 umgreift und mit Abstand die beiden Schubdüsen 6 überdeckt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist das Spoilerblech 13 auf annähernd radial gegenüberliegenden Seiten zwei Öffnungen 14a und 14b auf, die etwa die Dimensionen der äußeren Mündung der Schubdüsen 6 aufweisen. Zwischen dem Gehäuse 3 des Gasgenerators 2 und dem Spoilerblech 13 ist eine Spiralfeder 15 gelegen, die mit ihrem einen Ende 16 an dem Gehäuse 3 des Gasgenerators und mit ihrem anderen Ende 17 in dem Spoilerblech 13 eingehängt ist. Für das Spoilerblech 13 ist noch ein Elektromagnet 18 vorgesehen, der auf das magnetische Material des Spoilerbleches 13 wirkt. Das Gehäuse des Flugkörpers 1 ist im Bereich der Schubdüsen 6 mit einer Vielzahl um den Umfang verteilten Öffnungen 19 versehen.

Die Funktion der beschriebenen Vorrichtung ist folgende: Während des Fluges des Flugkörpers wird das Gehäuse (3) des Gasgenerators 2 über den Elektromotor 11 kontinuierlich um die Längsachse A des Flugkörpers angetrieben. Das Spoilerblech 13 wird hierbei über die Spiralfeder 15 mitgenommen. Mit Hilfe des Elektromagneten 18 wird das Spoilerblech 13 in der Drehlage gegenüber dem Gehäuse 3 des Gasgenerators so kontrolliert, daß die Mündungen der beiden Schubdüsen 6 durch die Öffnungen 14a und 14b jeweils zur Hälfte überdeckt werden; vgl. Fig. 2. Ist die Treibladung 5 des Gasgenerators gezündet, so strömen die Treibgase aus den radial gegenüberliegenden Schubdüsen 6 aus und von dort über die Öffnungen 14a bzw. 14b im Spoilerblech 13 und die Öffnungen 19 im Gehäuse des Flugkörpers 1 ins Freie. Bei der in Fig. 2 gezeigten Nullstellung des Spoilerbleches 3 treten aus beiden Schubdüsen 6 die gleichen Anteile Treibgase, so daß auf den Flugkörper keine Steuerkraft ausgeübt wird. Durch die Drehung des Gasgenerators wird eine etwaige geringe Fehleinstellung des Spoilerbleches 13 zusätzlich ausgemittelt, so daß die Steuerkraft auf den Flugkörper im Mittel NULL ist.

Soll eine Steuerkraft auf den Flugkörper 1 ausgeübt werden, so wird der Elektromagnet 18 betätigt, wodurch das Spoilerblech 13 abgebremst wird. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird dann der Überdeckungsgrad der in Fig. 2 oberen Schubdüse 6 durch das Spoilerblech größer, wohingegen die Öffnung 14d des Spoilerbleches 13 die Mündung der in Fig. 2 unteren Schubdüse 6 mehr und mehr freigibt. Somit tritt aus dieser unteren Schubdüse 6 mehr Treibgas aus als aus der radial gegenüberliegenden, so daß ein effektiver Schubvektor erzeugt wird. Um den Schubvektor in eine bestimmte Raumrichtung zu richten, sind herkömmliche Methoden zur Regelung der Drehlage des Spoilerbleches 13 in bezug zu der Drehlage des Flugkörpers anwendbar. Soll anschließend ein NULL-Kommando gegeben werden, so wird der Elektromagnet 18 entsprechend angesteuert, so daß das Spoilerblech 13 durch die Kraft der Spiralfeder 15 wieder in Richtung auf die NULL-Stellung entsprechend Fig. 2 und darüber hinaus gezogen wird. Sobald die NULL-Stellung erreicht wird, wird der Elektromagnet 18 entsprechend eingeschaltet.

Soll aus der in Fig. 2 gezeigten NULL-Stellung des Spoilerbleches 13 eine Schubkraft durch die in Fig. 2 obere Schubdüse abgegeben werden, so wird entsprechend der Elektromagnet 18 freigegeben, so daß das Spoilerblech 13 durch die Spiralfeder 15 gegenüber dem Gehäuse 3 so verdreht wird, daß die obere Schubdüse 6 mehr und mehr freigegeben wird.

Durch eine entsprechende Dimensionierung und Vorspannung der Spiralfeder 15 sowie eine entsprechende Ansteuerung des Elektromagneten, z. B. durch eine pulsdauermodulierte Ansteuerung, kann der Schubvektor auch bei einem rotierenden Flugkörper in jede beliebige Raumrichtung gelenkt werden.

Voraussetzung ist selbstverständlich, daß zumindest die relative Drehlage zwischen den Schubdüsen und dem Flugkörper bekannt ist. Hierzu vorgesehene Drehwinkelgeber, etwa zwischen dem Flugkörper und dem in Fig. 1 linken Achsstummel 7 des Gasgeneratorgehäuses 3, sind in Fig. 1 nur angedeutet und mit 20 bezeichnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 sind für gleiche oder gleichwirkende Zahlen die gleichen Bezugsziffern verwendet. Der Gasgenerator 2, der hier als Zylinderring ausgebildet ist, ist mit Hilfe von Kugellagern 8 auf einem Innenrohr 21 des Flugkörpers 1 gelagert. Auf diesem Innenrohr 21 ist auch das Spoilerblech 13 mit Hilfe von Kugellagern 12 gelagert. Spoilerblech 13 und Gasgenerator 2 sind wie oben mit einer Spiralfeder 5 miteinander verbunden; dem Spoilerblech 13 ist ein Elektromagnet 18 zugeordnet.

Die aus den Schubdüsen 6 austretenden Treibgase der gezündeten Treibladung 5 werden durch entsprechende Ansteuerung des Spoilerbleches 13 mit Hilfe des Elektromagneten 18 in der gewünschten Stärke in die gewünschte Raumrichtung gelenkt. Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 liegt darin, daß auf dem Mittelrohr 21 eine starke Spiralfeder 22 gelegen ist, die mit einem Raststift 23 lösbar mit dem Gasgenerator 2 verbunden ist. Diese Spiralfeder 22 dient dazu, den Gasgenerator zu Beginn in eine rasche Drehung um die Flugkörperlängsachse A zu versetzen. Hat der Gasgenerator die Enddrehzahl erreicht, so wird der Raststift 23 ausgeklinkt. Der Gasgenerator wird dann weiter durch Luftruder 24 in Drehung gehalten, die aus dem Außenumfang des Flugkörpers 1 hinausragen und gegen die um den Flugkörper fließende Luftströmung angestellt sind.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann z. B. am Heck eines Flugkörpers angeordnet sein; die Abdeckung des Spoilerbleches 13 durch eine mit Löchern versehene Flugkörperwand ist nicht notwendig.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. 4 bis 6 ist ebenfalls am Heck eines Flugkörpers 1 angeordnet. Der Gasgenerator 2 mit der Treibladung 5 ist, wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel, mit Kugellagern 8 auf einem Innenrohr 21 des Flugkörpers 1 gelagert und wird mit Hilfe von angestellten Luftrudern 24 in Drehung um die Flugkörperachse A versetzt. Das Innenrohr 21 ist von einer zur Flugkörperlängsachse A koaxialen Welle 25 durchstoßen, die an ihrem aus dem Heck des Flugkörpers hinausragenden Ende ein Spoilerblech 13a trägt, das die Form eines Kegelstumpfsektors aufweist. An dem anderen, im Flugkörpers 1 gelegenen Ende der Welle 25 trägt diese eine Bremsscheibe 26 aus magnetischem Material, auf die ein kreisringförmiger Elektromagnet 18 wirkt. Das Spoilerblech 13a ist aus einem dünnen, leichten Material und ist in seiner NULL-Lage, wie aus Fig. 5 ersichtlich, so ausgerichtet, daß die Sektorkanten 27a und 27b die Mündungen der Schubdüsen 6 jeweils zur Hälfte überdecken. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, sind diese Sektorkanten 27a und 27b gegenüber der jeweiligen Schubdüse 6 abgeschrägt, so daß die aus der Schubdüse austretenden Treibgase auf diese abgeschrägte Kante treffen und auf das Spoilerblech eine Kraft senkrecht zu der Ausströmrichtung der Treibgase ausüben, wie dieses in Fig. 6 und auch in Fig. 5 durch die Pfeile P angedeutet ist. Durch die gegensinnige Abschrägung der Sektorkanten 27a und 27b haben die auf diese Kanten ausgeübten Kräfte entgegengesetzte Kraftkomponenten, so daß das Spoilerblech 13a ohne sonstige äußere Beeinflussung in der erwähnten NULL-Lage gehalten wird. Diese Stellung wird auch beibehalten, wenn der Gasgenerator 2, durch die Luftruder 24 angetrieben, rotiert. Der Überdeckungsgrad der Schubdüsen 6 wird nun dadurch verändert, daß der Elektromagnet 18 betätigt und somit die Drehung des Spoilerbleches 13a gegenüber derjenigen des Gasgenerators 2 abgebremst wird. Auf diese Weise wird die eine der beiden Schubdüsen mehr und mehr freigegeben. Dreht der Flugkörper, wie in Fig. 5 angedeutet, entgegen dem Uhrzeigersinn, so wird die obere Schubdüse 6 entsprechend freigegeben. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Spoilerbleches, z. B. wiederum mit Hilfe einer Impulsdauermodulation, kann die hierdurch erzeugte Steuerkraft auf den Flugkörper in jede beliebige Raumrichtung gelenkt werden. Die Schubdüsen 6 sind bei diesem Ausführungsbeispiel schräg nach oben gerichtet, so daß ein Teil des Schubes auch für den Vortrieb des Flugkörpers 1 ausgenutzt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist keine mechanische Verbindung zwischen dem Gasgenerator und dem Spoilerblech nötig, vielmehr erfolgt die Kopplung mit Hilfe von aerodynamischen Kräften.

In Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch den Vorderteil eines Flugkörpers 1 gezeigt, wobei der Gasgenerator 2 mit der Treibladung 5 und den Schubdüsen 6 in die Flugkörperspitze 31 integriert ist. Die Flugkörperspitze ist auf einem Achsstummel 32 des Flugkörpers 1 mit Hilfe von Kugellagern 8 gelagert. Auf diesem Achsstummel 32 ist auch das Spoilerblech 13 mit Kugellagern 12 angeordnet. Das Spoilerblech 13 kann, wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 3 ausgestaltet und mechanisch mit der Flugkörperspitze 31 über eine hier nicht gezeigte Spiralfeder oder ein anderes Kraftübertragungselement verbunden sein; es ist jedoch auch möglich, die Kanten der Öffnungen 14a und 14b in dem Spoilerblech mit Abschrägungen entsprechend dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 auszugestalten, so daß eine strömungsdymamische Kopplung zwischen dem Gasgenerator und dem Spoilerblech eingerichtet ist.

Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wurde immer eine Kopplung zwischen dem Spoilerblech und dem Gasgenerator vorausgesetzt, sei es eine mechanische oder aerodynamische Kopplung. Es ist selbstverständlich auch möglich, z. B. das Spoilerblech separat von dem Gasgenerator anzutreiben, z. B. ebenfalls mit Hilfe von Luftrudern, und dann nach Bestimmen der relativen Drehlage zwischen Gasgenerator und Spoilerblech dieses mit Hilfe der Stellvorrichtung auf den gewünschten Überdeckungsgrad der Schubdüsen einzustellen. Durch entsprechende Ausgestaltung zwischen Spoilerblech und Gasgenerator ist es auch möglich, das Spoilerblech um die NULL-Lage pendeln zu lassen, so daß ohne äußere Beeinflussung des Spoilerbleches die Schubkraft gemittelt NULL ist. Durch entsprechende Abbremsung der Pendelbewegung kann dann eine von NULL verschiedene Steuerkraft eingestellt werden. Ebenso ist es möglich, den Gasgenerator mit mehr als einem Schubdüsenpaar auszurüsten.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Steuern eines Flugkörpers mit einer Strömungsmittelquelle, vorzugsweise einem Gasgenerator, der im Flugkörper angeordnet ist und Treibgase an eine um die Flugkörperlängsachse rotierende Verteilervorrichtung abgibt, die zumindest ein Paar auf radial entgegengesetzten Seiten der Flugkörperlängsachse angeordnete Ausströmöffnungen aufweist, mit im Bereich der Ausströmöffnungen angeordneten Blenden, die ebenfalls um die Flugkörperlängsachse rotieren, und mit einer Stellvorrichtung zum Einstellen der Blenden auf einen gewünschten Überdeckungsgrad der Ausströmöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelquelle (2) und die Verteilervorrichtung (4, 6) eine einzige Baueinheit (2 bis 6) bilden, die im Flugkörper (1) um dessen Längsachse (A) drehbar gelagert und angetrieben ist, und daß die Ausströmöffnungen (6) in dem das Gehäuse (3) der Baueinheit bildenden Gehäuse der Strömungsquelle (2) integriert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelquelle (2) von einem Motor (11) vorzugsweise einem Elektromotor, angetrieben ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Strömungsmittelquelle (2) ein Federantrieb (22) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelquelle (2) aus dem Flugkörper (1) herausragende Luftruder (24) zum Antrieb der Strömungsmittelquelle (2) um die Längsachse (A) des Flugkörpers (1) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Ausströmöffnungen (6) austretenden Treibgase zum Vortrieb des Flugkörpers (1) eine Schubkomponente parallel zur Flugkörperlängsachse (A) aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnungen Mündungen von Schubdüsen (6) sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Flugkörper (1) und rotierender Strömungsmittelquelle (2) Drehwinkelgeber (20) vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (14a, 14b, 27a, 27b) auf einem gemeinsamen Blendenträger (Spoilerblech 13, 13a) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelquelle (2) und das Spoilerblech (13, 13a) miteinander gekoppelt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen Spoilerblech (13) und Strömungsmittelquelle (2) mechanisch, vorzugsweise mit Hilfe einer Spiralfeder (15) erfolgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spoilerträger (13a) im Bereich der Blenden (27a, 27b) derart geformt ist, daß die Treibgase eine senkrecht zu der Ausströmrichtung wirkende Kraft auf den Spoilerträger (13a) ausüben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spoilerblech (13) selbst angetrieben ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Spoilerblech (13) die Strömungsmittelquelle (12) an dessen Umfang umgreift, daß in diesem Bereich in der Strömungsmittelquelle (2) die Ausströmöffnungen (6) vorgesehen sind, und daß das Spoilerblech (13) den Ausströmöffnungen (6) gegenüberliegende Öffnungen (14a, 14b) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Spoilerblech (13a) im Überdeckungsbereich der Ausströmöffnung (6) eine gerade Kante (27a, 27b) aufweist.