DE68906606T2

DE68906606T2 - Lenk-Steuereinrichtung für einen eine bewegliche Düse enthaltenden Flugkörper.

Info

Publication number: DE68906606T2
Application number: DE89401888T
Authority: DE
Inventors: Rene Thouron
Original assignee: Thomson Brandt Armements SA
Current assignee: Thomson Brandt Armements SA
Priority date: 1988-07-22
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2009-07-01
Also published as: EP0352161B1; DE68906606D1; EP0352161A1; FR2634548A1; FR2634548B1; US5016836A

Description

Die Erfindung betrifft eine Führungs- und/oder Lenkvorrichtung durch Gasströme über wenigstens ein drehbewegliche Düse, um eine oder mehrere Schubkräfte zu erzeugen, die die Führung eines Flugkörpers in einer bestimmten Richtung ermöglichen.
Ein geführter Flugkörper weist insbesondere Vortriebsmittel auf, die über die gesamte Bahn des Flugkörpers oder einen Teil davon arbeiten, Mittel, die dazu bestimmt sind, die Bahnabweichungen des Flugkörpers in bezug auf ein bezeichnetes Ziel zu messen, sowie Mittel zur Führung/Lenkung, die es erlauben, diese Abweichungen zu korrigieren. Die Korrektur der Bahnabweichungen eines geführten Flugkörpers kann durch das Aufbringen einer Schubkraft an einem bestimmten Punkt des Flugkörpers erreicht werden; diese Schubkraft kann durch aerodynamische oder pyrotechnische Vorrichtungen wie Gasstrahlen erreicht werden. Eine Vorrichtung zur Führung/Lenkung durch Gasstrahlen, die dazu bestimmt ist, die Bahn eines Flugkörpers zu verändern, weist eine Energiequelle zum Erzeugen eines Gasstroms auf, einen Satz von einer oder mehreren über den Flugkörper verteilten Düsen sowie ein Mittel, das es ermöglicht, den Gasstrom in Übereinstimmung mit an Bord des Flugkörpers verfügbaren Lenkbefehlen zu leiten, so daß eine resultierende Schubkraft mit einer bestimmten Größe und Richtung erzeugt wird.
Lösungen, die die obengenannten Ziele erreichen, sind bereits bekannt:
- die Verwendung einer (oder mehrerer) feststehenden(r) Düse(n), in die je nach Lage des Falles ein Gasstrom gerichtet wird und deren Position dem gewünschten Manöver entspricht; diese Lösung führt zur Realisierung einer sehr komplizierten Umschaltvorrichtung für den Gasstrom, was umso schwieriger wird, je größer die durch den Gasstrom ausgeübte Schubkraft ist;
- die Verwendung einer Düse, die um ein Kugelgelenk verschwenkbar ist, das sich auf einer zu der Flugkörperachse parallelen Achse befindet; in diesem Falle treten Dichtigkeitsprobleme auf Höhe der Verbindung zwischen der Düse und dem Kugelgelenk auf;
- die Verwendung einer einzigen feststehenden Düse, wobei der Flugkörper so positioniert ist, daß die Achse dieser Düse korrekt ausgerichtet ist; diese Lösung bringt ein Manöver des Flugkörpers vor dem Aufbringen der gewünschten Kraft mit sich, was insbesondere zu Reaktionszeiten führt, die mit den verwendeten Führungsgesetzen nicht vereinbar ist;
- die Verwendung einer um einen Punkt schwenkenden Düse, der sich allgemein auf der Achse des Flugkörpers in der Nähe der Triebwerke des Flugkörpers befindet, mit einem sehr geringen Winkelausschlag; in diesem Fall werden die verwendeten Kräfte von der Schubkraft des Motors abgenommen, was einerseits zu einer Veränderung der Kraftrichtung und andererseits zu einer Führung und Lenkung führt, die auf die Betriebsdauer des Hauptmotors beschränkt ist.
Das Ziel der Erfindung liegt darin, diesen Nachteilen abzuhelfen.
Eine weitere Lösung ist aus der deutschen Patentanmeldung DE-A-3 108 283 bekannt, die eine Führungs- und/oder Lenkvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschreibt. Diese Lösung besteht darin, mehrere einstellbare Steuerdüsen zu verwenden, die auf zylindrischen Hülsen befestigt sind, die auf einer zentralen Gasleitung so angebracht sind, daß sie um zu der Flugkörperachse senkrechte Achsen schwenken können.
Allerdings weist diese Lösung den Nachteil auf, daß sie für die Montage einen Ansatz für die Hauptdüse mit einem deutlich engeren Durchmesser als dem des Flugkörpers erfordert. Andererseits ist nichts vorgesehen, um sicherzustellen, daß sich die Düsen drehen können, wenn der Gasdruck angreift.
Die Erfindung hilft den obengenannten Nachteilen ab, indem sie eine Führungs-/Lenkvorrichtung vorschlägt, die es einer von einem kontinuierlichen Gasstrom im Inneren einer feststehenden Düse auf einem Düsenblock stammenden Schubkraft erlaubt, dank der in Drehung versetzten Düse über einen Düsenblock, der sich um eine zu der Flugkörperachse parallele Achse dreht, je nach der Orientierung der Schubkraft von dem Flugkörper verschiedene Bewegungen zu erhalten, wobei diese Schubkraft wenigstens eine radiale Komponente umfaßt, d.h. eine Komponente, die sich in einer zu der Längsachse des Flugkörpers senkrechten Ebene befindet.
Der Gegenstand der Erfindung ist demnach durch eine Führungsund/oder Lenkvorrichtung gebildet, wie sie in den Ansprüchen definiert ist.
Die Erfindung und ihre Eigenschaften sind besser aus der folgenden Beschreibung zu verstehen, die durch die folgenden Figuren veranschaulicht ist, die zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines mit der Führungs-/Lenkvorrichtung nach der Erfindung ausgestatteten Flugkörpers;
Fig. 2 einen Schnitt der Führungs-/Lenkvorrichtung nach der Erfindung längs der Linie A von Fig.1;
Fig. 3 ein Schema der Elemente der Führungs-/ und Lenkvorrichtung sowie der Drehvorrichtungen;
Fig. 4 einen Schnitt des in das Gasverteilungssystem gesetzten Filters längs der Linie B von Fig. 1; und
Fig. 5 längs der Linie C von Fig. 1 einen Querschnitt eines Spulenverteilers, der den Durchgang eines Gasstroms zulassen kann.
Fig. 1 stellt einen Längs schnitt eines mit der erfindungsgemäßen Führungs-/Lenkvorrichtung ausgestatteten Flugkörpers dar. Diese Vorrichtung ist allgemein in der Nähe eines Gasgenerators angeordnet, der die drehbeweglichen Düsen versorgt; er kann je nach der gewünschten Wirkung vorne, am Schwerpunkt oder hinten an dem Flugkörper sitzen, wobei die Vorrichtung eine Führung bewirkt, wenn die Bahnänderung durchgeführt wird, und eine Lenkung, wenn eine Stabilisierung um den Schwerpunkt durchgeführt wird. Die Führungs-/Lenkvorrichtung wird von einem Trägerkörper 1 gehalten; dieser Trägerkörper 1 ist z.B. ein ringförmiger Block, der mit einem oder mehrereren beweglichen Düsenblöcken 2 versehen ist sowie mit der bzw. den Drehvorrichtungen; er sitzt gegenüber dem in dieser Figur nicht dargestellten Gasgenerator. Der bewegliche Düsenblock 2 setzt sich aus drei Elementen zusammen ( einem Düsenblock, einem oder mehreren Dichtungsringen, einer Drehvorrichtung), die in dieser Figur nicht zu sehen sind, aber in Fig. 2 im Detail dargestellt sind. Dieser Düsenblock befindet sich über die Drehvorrichtung in Verbindung mit einem Steuerkolben 3. Dieser Steuerkolben 3 liegt senkrecht zu dem Düsenblock und ermöglicht es dank der Drehvorrichtung, diesen zu drehen. Der erhaltene Winkelausschlag hat nämlich eine große Amplitude (nahezu 180º) und erlaubt so eine hohe Führungsfreiheit. Dieser Steuerkolben 3 verfügt an jedem seiner Enden über eine Kammer 18, die beispielsweise zylindrisch mit oder ohne Dichtungsringe ist; diese Kammern befinden sich nach Inbetriebnahme einer Energiequelle unter einem bestimmten Druck, der dank der Verteiler 6 variieren kann, die an jeder Seite der Kammern der Steuerkolben 3 sitzen. Diese Verteiler 6 ermöglichen es, einen Unterdruck zu erzeugen, indem sie die eine oder die andere Kammer des Steuerkolbens 3 der Außenluft aussetzen, der dann in eine Translationsbewegung versetzt wird, die den Düsenblock insbesondere dank einer Zahnstange 22, mit der der Steuerkolben ausgestattet ist, und der Drehvorrichtung zwischen dem Düsenblock und dem Steuerkolben in die gewünschte Position bringt, Diese Verteiler 6 sind beispielsweise Einwegverteiler mit mechanischem Schließen und Öffnen durch die Steuerung einer Spule. Diese Spule kann durch eine Regelschleife in Verbindung mit Positionssensoren gesteuert werden, die in dieser Figur nicht dargestellt sind, aber hinten an dem Trägerkörper 1 befestigt sind, wodurch es möglich wird, den Abschnitt des Düsenblocks 2 zu erfassen und den Düsenblock 2 in bezug auf einen durch den Führungs-/Lenkmodus gewählten Öffnungswinkel für die Orientierung der Schubkraft zu positionieren. Die oben beschriebene Drehvorrichtung ist eine Vorrichtung mit pneumatischer Steuerung, aber es kann auch ein Elektromotor verwendet werden, der die Drehung des Düsenblocks entweder direkt oder über ein Kupplungssystem bewirkt, um parasitäre Kopplungen aufgrund der Befestigung auszuschalten, oder aber eine mechanische Steuerung, die mehrere Düsen mit ein und demselben elektrischen oder pneumatischen Wirkglied verbindet. Wie aus dem Schema von Fig. 1 zu ersehen ist, läßt die um die Hauptachse des Flugkörpers herum angeordnete Führungs- /Lenkvorrichtung die Verwendung einer militärischen Ladung, z.B. einer Hohlladung zu, da diese den freien Raum 10 umgibt.
Bei dem beschriebenen Beispiel wird der Düsenblock der Führungs-/Lenkvorrichtung um eine zu der Längsachse des Flugkörpers parallele Achse in Drehung versetzt, aber diese Führungs-/Lenkvorrichtung kann auch unter Verwendung von Ebenen mit verschiedenen Neigungen für den Düsenblock oder für die an dem Düsenblock befestigte Düse realisiert sein, wobei die Hauptcharakteristik in der festen Position der Düse an dem Düsenblock liegt.
Fig. 2 stellt einen Schnitt der erfindungsgemäßen Führungs-/Lenkvorrichtung längs der Linie A von Fig. 1 dar. Der Trägerkörper 1 trägt den aus mehreren Elementen zusammengesetzten Düsenblock 2. Diese Elemente sind in Fig. 3 isoliert dargestellt. In dieser Fig. 3 ist der Düsenblock 2 ein abgestufter Zylinder mit einem zentralen Sackloch 8, das den Durchgang des Gasstroms erlaubt, der z.B. von einem Gasgenerator über einen Hals 9 der Düse 14 zu der Düse 14 kommt; dieser Hals 9 der Düse kann zylindrisch oder aus Gründen des Raumbedarfs länglich sein. Die Düse 14 ist an dem Düsenblock 2 in Verbindung mit dem zentralen Sackloch 8 befestigt, um die durch die Verwendung einer schwenkbaren Düse verursachten Dichtigkeitsprobleme zu vermeiden. Hinten an dem Düsenblock 2 sitzt ein Dichtungsring, oder auch nicht, sowie vor allem eine Drehvorrichtung, die z.B. durch ein an dem Düsenblock 2 über eine feste Verbindung angebrachtes Zahnrad 11 gebildet ist; dieses Zahnrad 11 erlaubt die Verbindung mit dem Steuerkolben 12, der die oben beschriebene Vorrichtung mit pneumatischer Steuerung bildet. Die mit einem Elektromotor 13 ausgestattete Vorrichtung ist auch in Fig. 3 in Strichlinien dargestellt; es versteht sich, daß die beiden Vorrichtungen nicht zur gleichen Zeit verwendet werden. Im hinteren Teil des Düsenblocks 2 ist auch ein Nadeldrucklager 4 vorgesehen, dessen Rolle es ist, die von dem Gasgenerator verursachte Kraft zu absorbieren, die bei der Inbetriebsetzung des Gasgenerators auf den Düsenblock wirkt. Ein Positionssensor 7 sitzt hinten an dem Trägerkörper 1, um die Erfassung der Position der Düse 14 zu ermöglichen und einen Regelkreis zu schaffen oder nicht, damit eine progressive Drehung erhalten wird. Die Führungs-/Lenkvorrichtung kann auch von Anschlag zu Anschlag mit Winkelöffnungen von z.B. 10º, 20º, 30º, 60º, 90º, 120º verwendet werden, die keinen Regelkreis erfordern, sondern direkt durch einen Mechanismus gegeben sind, der in Abhängigkeit von der gewählten Führung/Lenkung ausgebildet ist. In der gesamten Führungs-/Lenkvorrichtung werden bevorzugt Dichtungsringe mit unterschiedlichen Funktionen verwendet. Einer von ihnen (15) erlaubt aufgrund seiner Dehnbarkeit den Durchgang der Gase, die von dem Gasgenerator stammen, andere, die nicht dargestellt sind, isolieren Leckagen und die Ladungsverluste zu der Düse und dem Steuerteil des Düsenblocks.
Um den Betrieb der Elektroventile zu erleichtern, die den Durchgang der Gase von dem Vertei1er mit der Spule zu den Kammern des Steuerkolbens ermöglichen, ist ein Filter 5 in das Gasverteilungssystem gesetzt. Er ist in dem Schema von Fig. 4 dargestellt und ermöglicht es, die in dem Gas vorhandenen Teilchen zurückzuhalten, deren Abmessungen den Betrieb der Elektroventile gefährden könnten. Die Gase werden durch das Ende 19 ins Innere des Filters 5 geleitet, der z.B. aus poröser Keramik hergestellt ist. Ausgänge 20 ermöglichen es dem Gasstrom, seinen Weg weiterzugehen und nach dem Durchgang durch verschiedene Leitungen am Ende 21 gefiltert entnommen zu werden.
Fig. 5 stellt einen Querschnitt eines Verteilers 6 längs der Linie C von Fig. 1 dar, der den Durchgang eines von dem Gasgenerator stammenden Gasstromes zuläßt oder nicht. Dieser Verteiler 6 ist mit einer Kugel 17 ausgestattet, die dann, wenn die Spule des Verteilers durch einen von dem Bordpiloten kommenden Befehl erregt wird, in den Verteiler 6 angezogen wird. Dann ist ein freier Raum geschaffen, der ein Entweichen eines Gasstromes nach außen mit sich bringt, wodurch eine Verteilung in das Innere einer der Kammern des Steuerkolbens erzeugt wird, der sich in Translation verschiebt.
Diese Verschiebung löst eine Drehbewegung des Düsenblocks in eine bestimmte Position aus, wobei der Befehl zum Ende der Erregung der Spule durch den Bordpiloten über Positionssensoren gegeben wird.
Diese Führungs-/Lenkvorrichtung erlaubt einen kontinuierlichen Fluß des Gasstroms im Inneren der Düse, da sich diese ohne Verschluß ihres Halses verschiebt und so den Gasstrom durchläßt. Dieses kontinuierliche Strömen liefert eine Orientierung (des Flugkörpers), die nicht ruckartig geschieht und das "Preßlufthammer-Phänomen vermeidet, auf das man bei den anderen Mechanismen trifft. Die Führungs-/Lenkvorrichtung läßt sich nach dem Führungs-Lenk-Gesetz mit einem oder mehreren Düsenblöcken verwenden, wobei Gier- und Nickbewegungen mit oder ohne Rolle durchgeführt werden können. Dabei bestehen die Unterschiede zwischen diesen Lenksystemen in der Zahl der verwendeten Düsenb1öcke, aber auch in dem diesen Düsenblöcken verliehenen Öffnungswinkel. Die Anwendung dieser Lenkvorrichtung kann möglicherweise auch in anderen Gebieten als der Waffentechnik ins Auge gefaßt werden, z.B. in der Raumfahrt, wo Orientierungsprobleme häufig und schwer zu bewältigen sind.

Claims

1. Führungs- und/oder Lenkvorrichtung für einen Flugkörper mit wenigstens einer Düse (14), durch die eine Schubkraft ausgeübt wird, die durch den kontinuierlichen Durchgang eines Gasstroms erzeugt wird, der von einem Generator mit kontinuierlichem Gasstrahl stammt, wobei die Düse (14) an einem zylindrischen Düsenblock (2) befestigt ist, in dessen Inneremder kontinuierliche Gasstrom zu der Düse (14) strömt und der durch eine Drehvorrichtung in eine Drehbewegung versetzt wird, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Achse der Drehbewegung parallel zu der Längsachse des Flugkörpers ist und daß ein Drucklager (4) hinter dem Düsenblock angeordnet ist, um die durch den Druck des Gasgenerators erzeugte Kraft aufzunehmen, dabei jedoch die Drehung des Blocks zuzulassen.

2. Führungs- und/oder Lenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvorrichtung für den Düsenblock eine Vorrichtung mit pneumatischer Steuerung ist.

3. Führungs- und/oder Lenkvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit pneumatischer Steuerung einen Steuerkolben (3, 12) enthält, der mit einer Zahnstange (22) und an jedem Ende mit einer zylindrischen Kammer (18) ausgestattet ist.

4. Führungs- und/oder Lenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (22) mit einem Zahnrad (11) in Kontakt steht, das dem Düsenblock die Drehbewegung erteilt.

5. Führungs- und/oder Lenkvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede zylindrische Kammer (18) sich mit einem Verteiler (6) in Drehung befindet, der es ermöglicht, in einer der zylindrischen Kammern (18) des Steuerkolbens (3) einen Unterdruck zu erzeugen und somit dem Kolben (3) eine Translationsbewegung zu erteilen.

6. Führungs- und/oder Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Düsenblock (2) einen Winkelausschlag von großer Amplitude hat.

7. Führungs- und/oder Lenkvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Winkelausschlag im wesentlichen von 0 bis 180º ändern kann.

8. Führungs- und/oder Lenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Düsen enthält, deren Anzahl durch ein Führungs-Lenk-Gesetz zur Erzielung einer besseren Stabilisierung bestimmt ist.

9. Lenkflugkörper, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Führungs-Lenk-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestattet ist.