DE69100339T2

DE69100339T2 - Raketensteuerungsanlage mit seitlichem Gasstrahl.

Info

Publication number: DE69100339T2
Application number: DE91400521T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Morgand
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1990-03-14
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 1994-01-27
Anticipated expiration: 2011-02-27
Also published as: CA2037939A1; JP3199764B2; DE69100339D1; EP0447284A1; AU631970B2; JPH04227495A; ES2044692T3; US5123611A; EP0447284B1; AU7137191A; FR2659734A1; FR2659734B1; CA2037939C

Description

Diese Erfindung betrifft ein System zur Steuerung eines Flugkörpers mittels seitlicher Gasstrahlen, und ein Flugkörper, der ein solches System enthält.
Es ist bekannt, daß man, insbesondere, wenn ein Flugkörper mit starken Lastfaktoren gesteuert werden muß, an Bord dieses Flugkörpers seitliche Düsen vorsehen muß, die von einem Gasgenerator des Haupttriebwerkes oder von einem zu diesem Zweck speziell vorgesehenen Gasgenerator aus, versorgt werden kann. Es ergeben sich daraus seitliche Gasstrahlen, die querliegende Triebkräfte erzeugen, welche geeignet sind schnell und kräftig die Bahn des Flugkörpers abzubiegen. Man kann es so gestalten, daß die Wirkungslinien von solchen Querkräften über den Schwerpunkt des Flugkörpers verlaufen, oder wenigstens in der Nähe diese Schwerpunkts, und man sagt dann, daß der Flugkörper kraftgesteuert ist, wobei die Reaktionszeit auf die Steuerung dann sehr schnell ist. Dies ist jedoch keine Verpflichtung und die Wirkungslinien der besagten Querkräfte können über andere Punkte der Achse des Flugkörpers verlaufen als den Schwerpunkt. Die besagten Querkräfte erzeugen dann, auf ähnliche Weise wie klassische aerodynamische Ruder, Momente, die gestatten, den Flugkörper im Winkel zum Schwerpunkt zu steuern.
Man kennt durch das amerikanische Patent US-A-4 531 693 und durch das französische Patent FR-A-2 620 812 bereits ein System zur Steuerung eines Flugkörpers mittels seitlicher Gasstrahlen, der einen Gasgenerator enthält, welcher mit mindestens einem Paar seitlicher Düsen über rotierende Absperrmittel verbunden werden kann, wobei diese beweglich sind unter der Einwirkung von Bewegungsmitteln und den Durchfluß der Gase durch die besagten Düsen steuern.
Im System des amerikanischen Patents US-A-4 531 693, ist jeder der besagten Düsen ein rotierender Einzelverschluß zugeordnet, der individuell über einen Oszillator gesteuert wird. Dank dieser Struktur, kann jeder rotierende Verschluß eine schwache Trägheit aufweisen, so daß die Ansprechzeit der Absperrmittel und demnach der Steuerung, sehr schwach sein kann.
Andererseits, da man für jeden der besagten Verschlüsse über einen Oszillator verfügt, ist es einfach, die Gesamtheit der besagten Oszillatoren zu steuern, damit in jedem Augenblick die Stellung jeder der besagten Verschlüsse (vollständige Öffnung, Gesamt- oder Teilverschluß) genau der Steuerphase und/oder dem Zustand des besagten Gasgenerators entspricht. Wegen der Steuerung der besagten rotierenden Verschlüsse durch Oszillatoren, wird hingegen die gesteuerte Stellung eines Verschlusses in Bezug zur entsprechenden Düse nicht direkt erreicht, aber über eine Oszillationsfolge. Außerdem können diese Oszillatoren Störoszillationen in den Flugkörper leiten, was die Steuerung desselben kompliziert.
In dem System des französischen Patentes FR-A-2 620 812 hingegen sieht man, um das nötige Koppeln der Steuerung zwischen den besagten Düsen zu gewährleisten, einen gemeinsamen rotierenden Verschluß für beide Düsen vor, wobei dieser Verschluß über den Kolben eines Zylinders gesteuert wird, dessen zwei Kammern einen Teil des durch den besagten Generator erzeugten Gases erhalten, wobei die Stellung des Kolbens des besagten Zylinders und demnach des besagten Verschlusses gesteuert wird durch Kontrolle des Gasdurchflusses in einer der besagten Kammern des Zylinders. Dank einer solchen Steuerung, kann der rotierende Verschluß seine Stellung direkt erreichen, ohne Oszillationen. In diesem Fall ist der rotierende Verschluß notgedrungen wichtig, so daß seine Trägheit und seine Ansprechzeit ziemlich hoch sind.
Andererseits beschreibt das Dokument EP-A-0 064 433 ein System zur Steuerung eines Flugkörpers mittels Gas strahlen, der einen Gasgenerator enthält, der mit mindestens einem Paar seitlicher Düsen über rotierende Absperrmittel verbunden werden kann, wobei diese über Bewegungsmittel bewegt werden und den Durchfluß der Gase durch die besagten Düsen steuert und die besagten Absperrmittel aus mit jeder Düse verbundenen einzelnen rotierenden Verschlüssen besteht und jeder Verschluß durch den Kolben eines Zylinders in Drehung gesteuert wird, wobei eine Kammer des Zylinders einen Teil des vom besagten Generator erzeugten Gases erhält, wobei die Stellung des besagten Kolbens durch die Kontrolle des Gasdurchflusses durch besagte Kammer gesteuert wird.
Gegenstand dieser Erfindung ist ein System dieser Art, das gleichzeitig Verschlüsse mit schwacher Trägheit und eine Verschlußsteuerung ohne Oszillationen aufweist.
Zu diesem Zweck ist das oben beschriebene erfindungsgemäße System dadurch gekennzeichnet, daß:
- jedem Verschluß ein individueller Zylinder zugeordnet ist;
- die Kammern der besagten Zylinder, die denen welche die besagten Gasmengen erhalten gegenüberliegen, unter sich durch einen Koppelungskreis, der ein unter Druck stehendes nicht zusammendrückbares Medium enthält, verbunden sind; und
- das Volumen des besagten unter Druck stehenden nicht zusammendrückbaren Mediums so ausgewählt wird, daß einer der Verschlüsse sich in einer vollständigen Öffnungsstellung der damit verbundenen Düse befinden kann, wenn alle anderen Verschlüsse die Düsen, denen sie entsprechen, vollständig schließen.
So kann jeder Verschluß eine leichte Trägheit aufweisen und die Positionierung jedes gesteuerten Verschlusses ohne Oszillationen, durch den gesteuerten Zylinder festgelegt ist, wobei die nicht gesteuerten Zylinder eine durch die Verteilung des besagten nicht zusammendrückbaren Mediums festgelegte Stellung einnehmen.
Um die Trägheit der Verschlüsse auf das Maximum zu reduzieren, weist jede Düse einen länglichen Querschnitt auf, wenigstens in der Nähe ihres Einsatzes, der mit einem Verschluß kooperiert. So kann jeder Verschluß aus einer Welle bestehen, die mit einem hervorstehenden Flügel, dessen Längstendfläche mit dem Einsatz der entsprechenden Düse kooperiert, fest verbunden ist.
Um das durch die Gase auf die Verschlüsse ausgeübte Moment, das darauf hinzielt, sich der Öffnung dieser Verschlüsse zu widersetzen, zu reduzieren, ist die Seitenfläche des radialen Flügels gegenüber des Einsatzes der Düse in Öffnungsstellung des besagten Verschlusses vorzugsweise konkav und gebogen.
Vorzugsweise sind die besagten Verschlüsse in einem starren Block montiert, der fest mit der Struktur des besagten Flugkörpers verbunden ist.
Wenn die besagten Düsen in den Flügeln des besagten Flugkörpers, die mit der Außenhaut desselben fest verbunden sind, angeordnet sind, ist es von Vorteil, wenn die Unterteile der besagten Düsen mit Schubreibung in den besagten starren Block eingelassen sind. Man koppelt so die Deformationen der besagten Düsen vom Rest des Flugkörpers ab.
Die Kontrolle des Gasdurchflusses durch einen Zylinder wird vorteilhafterweise mittels eines linearen Motors, der eine Kugel in einer im Kreislauf des besagten Gasdurchflusses vorgesehenen Erweiterung bewegt, erhalten.
Wenn das System maximal zwei Paar seitliche Düsen enthält, wobei die zwei Düsen von einem Paar sich diametral gegenüberliegen und die Düsen eines Paares in einer radialen Ebene, die senkrecht zur radialen Ebene auf welcher die Düsen des anderen Paares sitzen, angeordnet sind, wird höchstens ein Verschluß jedes Paares gleichzeitig an einen Verschluß des anderen Paares von Düsen zugesteuert.
In diesem Fall, ist es vorteilhaft, daß die zwei Verschlüsse eines Düsenpaares durch den gleichen Motor angesteuert werden.
Man sieht dann an Bord des Flugkörpers Berechnungsmittel vor, die folgendes Gleichungssystem lösen können:
(1) f cos β = F1 - F3
(2) f sin β = F4 - F2
(3) F1 + F2 + F3 + F4 = P und
(4) F2 = F3 oder F1 = F4
in welchem
f die Intensität eines gewünschten radialen Schubs ist, β der Winkel der durch den besagten gewünschten radialen Schub und den radialen Schub F1, der von einer der besagten Düsen herrührt, gebildet wird und F2, F3 und F4 die radialen Schübe, die von den anderen drei Düsen herrühren, sind.
Man kann eine Reserve vorsehen an unter Druck stehendem zusammendrückbarem Medium, die an den besagten Kopplungskreis angeschlossen werden kann. Eine solche Reserve kann mit dem besagten Kopplungskreis über einen Verteiler verbunden werden, der den besagten Kopplungskreis an den Auspuff legen kann.
Die Figuren der beiliegenden Zeichnungen machen ersichtlich wie die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugspunkte identische Elemente.
Die Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Flugkörpers, mit Teilablösung.
Die Figur 2 ist ein Teilquerschnitt in größerem Maßstab des erfindungsgemäßen Flugkörpers, entlang der Linie II-II der Figur 1.
Die Figur 3 ist ein Teillängsschnitt des erfindungsgemäßen Flugkörpers, wobei der linke Teil und der rechte Teil dieser Figur jeweils den Linien III-III und III'-III' der Figur 2 entsprechen.
Die Figuren 4 und 5 veranschaulichen schematisch die Betätigungsmittel jedes Sperrorgans.
Die Figur 6 veranschaulicht schematisch eine Anwendung der Betätigungsmittel der Figuren 4 und 5 zur Steuerung der vier Absperrorgane, die sich diametral paarweise gegenüber liegen.
Die Figur 7 ist ein Diagramm, das die Funktion des Systems der Figur 6 veranschaulicht.
Die Figur 8 zeigt das elektrische Steuerschema des Systems der Figur 6.
Die Figur 9 zeigt eine Variante des Steuersystems der Figur 6.
Die Figuren 10a und 10b sind Schemas, die die Funktion der Vorrichtung der Figur 9 veranschaulichen.
Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flugkörpers 1, das schematisch auf den Figuren 1 bis 3 gezeigt wird, enthält einen länglichen Körper mit der Achse L-L, welcher mit Flügeln 3 und Leitwerken 4 versehen ist. Die Flügel 3 und die Leitwerke 4 sind mit Rudern 5 bzw. 6 ausgestattet. Die Flügel 3 sind in der Zahl von vier und liegen sich paarweise diametral gegenüber, wobei die Flächen der beiden aufeinanderfolgenden Flügel unter sich orthogonal sind und durch die Achse L-L verlaufen. Gleichermaßen sind die Leitwerke 4 in der Zahl von vier und liegen sich paarweise diametral gegenüber, wobei die Flächen der beiden aufeinanderfolgenden Leitwerke zwischen sich orthogonal sind und durch die Achse L-L verlaufen. Außerdem befinden sich die Leitwerke 4 in den Halbierungsflächen der Flügel 3.
In der Nähe des Schwerpunktes G des Flugkörpers 1 ist, im Körper 2, eine Kraftsteuervorrichtung 7 vorgesehen, die vier Düsen 8, welche sich paarweise diametral gegenüberliegen und in den Flügel 3 angeordnet sind, steuern. Die Düsen 8 sind in der Nähe der Verbrennungskammern eines Gasgenerators 9, zum Beispiel mit Festtreibstoff, angeordnet und sind durch Leitungen 10 mit dem besagten Generator 9 verbunden.
Die Düsen 8 können mit den Leitungen 10 über eine Eingangsöffnung oder Hals 11 verbunden werden, und sie münden nach außen über eine Ausgangsöffnung 12, die einen größeren Querschnitt aufweist als die Eingangsöffnung, wobei die besagten Öffnungen 11 und 12 durch eine Expansionsdüse 13 verbunden sind. Die Ausgangsöffnungen 12 befinden sich auf der gleichen Höhe wie der Längsrand 3a der Flügel 3, so daß die die Düsen 8 durchströmenden Gas strahlen vom Körper 2 des Flugkörpers entfernt gehalten werden und sich nur wenig mit der aerodynamischen Strömung der Haut 2a des besagten Körpers 2 überlagern.
Wie später genauer ausgeführt werden wird, ist jede der Düsen 8 in Höhe ihrer Eingangsöffnung 11 mit einem Absperrorgan oder rotierendem Verschluß 14 (auf Figur 1 nicht abgebildet) ausgerüstet, welcher gestattet, die entsprechende Düse 8 zu verschließen, oder, im Gegenteil sie wenigstens teilweise freizusetzen.
Beim Flug ohne größeren Belastungsfaktor, ist die Wirkung der Kraftsteuervorrichtung 7 nicht unbedingt notwendig, denn dann kann der Flugkörper 1 auf klassische Art mittels der aerodynamischen Ruder 5 und 6 gesteuert werden. Demnach kann der Gasgenerator, wenn er der Art mit gesteuertem Betrieb ist, stilliegen. Wenn der Gasgenerator 9 der Art mit Dauerbetrieb ist, werden die Absperrorgane 14 der zwei sich gegenüberliegenden Düsen so gesteuert, daß die Gasstrahlen, die sie aussenden, auf den Flugkörper Kräfte ausüben deren Resultierende gleich Null ist; in diesem Fall sind somit die Absperrorgane 14 der beiden sich gegenüberliegenden Düsen dauernd teilweise geöffnet, um die vom Generator 9 erzeugten Gase auszupuffen.
Hingegen beim Flug mit größerem Belastungsfaktor, der einen raschen Wechsel der Orientierung der Flugbahn des Flugkörpers bedingt, muß man wenigstens eine der Düsen 8 voll funktionieren lassen, um diesen raschen Orientierungswechsel zu erhalten. Dann ist das Absperrorgan 14 der Düse(n), die im Betrieb gesteuert werden, weitgehendst annulliert, so daß der oder die ausgesandten seitlichen Strahlen oder Querstrahlen umfangreich sind und den Flugkörper 1 zwingen, plötzlich die Richtung zu wechseln, während die Absperrorgane 14 der im Betrieb nicht gesteuerten Düsen, die entsprechenden Düsen weitgehendst, wenn nicht gar vollständig, absperren.
Zu bemerken ist noch, daß, da sie in die Flügel 3 eingebaut sind, die Düsen 8 die Form eines abgeflachten Trichters aufweisen. Die Ausgangsöffnung 12 hat eine längliche Form, wobei ihr größter Querschnitt parallel zur Längsachse L-L des Flugkörpers 1 ist, während der kleine Querschnitt quer zur besagten Achse L-L liegt. Dieser kleine Querdurchmesser ist vorteilhafterweise konstant, und die Enden der Ausgangsöffnung 12 können abgerundet sein.
Die Eingangsöffnung oder Hals 11, die sich auf der Innenseite des Flugkörpers 1 befindet, hat ebenfalls eine längliche Form, eine konstante Breite und abgerundete Enden. Der Querschnitt des besagten Halses 11 ist ähnlich dem der Ausgangsöffnung 12, aber kleiner als der der Letzteren. Die Expansionsdüse 13 ist mit den beiden Öffnungen 11 und 12 durch eine geregelte Fläche verbunden.
Das benötigte Querschnittsverhältnis, um die vom Generator 9 erzeugten Verbrennungsgase genügend zu expandieren, erhält man größtenteils durch Festlegung der entsprechenden Längen der Öffnungen 11 und 12.
Dank der länglichen Struktur der Düsen 8, weisen die seitlichen steuerstrahlen die Form von Lamellen auf, von geringer frontaler Abmessung für den aerodynamischen Fluß. Somit werden die Interferenzen zwischen den besagten seitlichen Steuerstrahlen und dem besagten aerodynamischen Fluß, welche bereits durch den Abstand der Ausgangsöffnungen 12 von der Haut 2a des Körpers 2 geschwächt sind, vollständig aufgehoben, oder wenigstens noch mehr gemindert, so daß die aerodynamischen Elemente 3, 4, 5 und 6 ihre Funktion weiterhin erfüllen können durch Zusammenwirken mit dem aerodynamischen Fluß, selbst wenn die seitlichen Steuerstrahlen mit ihrer vollen Leistung benutzt werden.
Wie dies insbesondere auf Figur 3 ersichtlich ist, besteht die Vorrichtung zur Kraftsteuerung 7 aus zwei Teilen 7a und 7b, das heißt, ein Teil 7a in welchem die Absperrorgane 14 angebracht sind, und ein Teil 7b, der zur Steuerung der besagten Absperrorgane bestimmt ist.
Das Teil 7a der Vorrichtung zur Kraftsteuerung 7 enthält einen zentralen starren Block 15, der koaxial zur Achse L-L liegt und ein Gehäuse bildet, in welchem die beweglichen Absperrorgane 14 untergebracht sind. Der starre Block 15 ist fest mit der inneren Struktur des Körpers 2 des Flugkörpers 1 über Endringe 16, 17 verbunden. Dieser starre Block 15 ist hohl und enthält eine interne Aussparung 18, die über peripherische Öffnungen 19 in Verbindung mit den Leitungen 10 steht. Außerdem enthält der starre Block 15 andere peripherische Öffnungen, welche die Düsenhälse 11 bilden und mit internen Aussparungen 18 entsprechend der Absperrorgane 14 in Verbindung stehen.
Die rotierenden Absperrungen 14 enthalten je eine Welle 20 der Achse 1-1, parallel zur Achse L-L des Flugkörpers, die in Bezug auf den starren Block 15, in Lagern 21 mit geringer Reibung, zum Beispiel Wälzlager, montiert ist. Jedes Absperrorgan 14 enthält einen radialen Flügel 22, der mit der entsprechenden Welle 20 fest verbunden ist und einen Vorsprung nach außen bildet. Die äußere Längsfläche 22a der radialen Flügel 22 wirken mit dem entsprechenden Düsenhals 11 entweder um diesen zu sperren (siehe die Stellung der Absperrorgane 14 links und oben auf der Figur 2), oder um wenigstens teilweise den besagten Düsenhals 11 freizusetzen (siehe die Stellung der Absperrorgane 14 rechts und unten auf der Figur 2).
Wenn die Absperrorgane 14 in dieser Verschlußstellung stehen, isolieren sie die interne Aussparung 18 der Düsen 8 und somit diese von den Leitungen 10. Wenn hingegen die Absperrorgane 14 sich in ihrer Freisetzungsstellung der Hälse 11 befinden, stellen sie über die besagten Düsenhälse 11 eine Verbindung zwischen den Leitungen 10, der internen Aussparung 18 und den peripherischen Öffnungen 19 her.
Die Achsen 1-1 der Absperrorgane 14 befinden sich jeweils in der mittleren Längsebene der Düsen 8.
Um das Moment, das sich der Öffnung der Düsenhälse 11 durch die Absperrorgane 14 (dieses Moment resultiert aus der Beschleunigung der Gase und des entstehenden Unterdrucks an den besagten Düsenhälsen 11) widersetzt, zu begrenzen, ist die Seitenfläche 22b der Flügel 22 gegenüber der in offener Stellung besagten Absperrorgane 14 konkav, gebogen und profiliert, um mit der inneren Wandung 18a der internen Aussparung 18 ein Konvergent in Richtung der besagten Düsenhälse 11 zu bilden. So dienen die seitlichen gebogenen Flächen 22a als Stützflächen für die Beschleunigung der Gase und schieben den in Entfernung der Drehachsen 1-1 der Absperrorgane 14 erzeugten Abtrieb zurück.
Der Vorsprung des Flügels 22 wird in Bezug auf die Wellen 20 verringert, so daß jedes Absperrorgan 14 eine Umdrehungsträgheit und einen schwachen Betätigungsausschlag aufweist, und man somit eine sehr kurze Ansprechzeit mit einer minimalen Steuerleistung erreicht. Man sieht, daß dank einer solchen Ausführungsart der Absperrorgane 14, diese eine sehr schwache Trägheit aufweisen, was ihnen eine sehr kurze Ansprechzeit gestattet und das Moment, das sich der Öffnung der Düsenhälse widersetzt, das Vorsehen von komplexen Kompensationssystemen vermeidet.
Selbstverständlich besitzt die äußere Fläche 22a der Absperrorgane 14 ein minimales Spiel gegenüber der inneren Wandung 18a des Blocks 14, um die Leckagen in geschlossener Stellung zu verringern, und trotzdem die Ausdehnungen, die durch die hohen Temperaturen der Gase entstehen, zu gestatten, zum Beispiel, wenn diese von einem Gasgenerator 9 des Typs mit Pulver herrühren. Die Auswahl der Materialien für den Block 15 und die Absperrorgane 14, sowie die Wahl ihrer Form können ebenfalls zur Minimalisierung der Reibungen beitragen: Man benutzt zum Beispiel Kohlenstoff, Molybden, geschützt oder nicht durch Abdeckungen oder Muffen als Wärmeschutz.
Außerdem sind, wie auf den Figuren 2 und 3 gezeigt, die Füße 8a der Düsen 8 in Aufnahmen 23 von entsprechender Form, die in der inneren Wandung des starren Blocks 15 vorgesehen sind, eingelassen, so daß die Verbindung zwischen den besagten Düsen 8 und dem besagten starren Block 15 der Art gleitender Passung ist. So können die Düsen 8, die mit der Haut 2a des Körpers 2 fest verbunden sind, den Verformungen derselben folgen. Man dissozziiert so die Verformungen zwischen der starren inneren Struktur des Flugkörpers 1 und der äußeren Haut 2a des Körpers, die zum Teil dem großen Belastungsfaktor, dem der Flugkörper 1 während der Bedienung der Kraftsteuerung unterworfen ist, zugeschrieben werden. Diese Verformungen können Betriebsstörungen erzeugen.
Wie aus Figur 3 ersichtlich, dringen die Wellen 20 der Absperrorgane 14 in das Innere des Teils 7b (nur dargestellt durch einen Strich-Punkt-Umriß) der Vorrichtung der Kraftsteuerung 7, die zur Steuerung der besagten Absperrorgane 14 bestimmt ist, ein. Auf den Figuren 4 bis 8, hat man schematisch die Ausführungsarten dieses Steuerteils 7b dargestellt.
Auf den Figuren 4 und 5 kann man erkennen, daß jedes Absperrorgan 14 mit einem Zylinder 30 verbunden ist, dessen Kolben 31 über eine mechanische Verbindung 32 mit der Welle 20 des besagten Organs 14 verbunden ist, wobei im dargestellten Beispiel diese mechanische Verbindung einen radialen Arm 33 enthält, der fest mit der besagten Welle 20 rotierend um die Achse 1-1 ist, und einen Schwingarm 34, der jeweils in 35 und 36 des besagten Armes und an der Stange 37 des besagten Kolbens 31 angelenkt ist.
Der Kolben 31 teilt das Innere 38 des Zylinders 30 in zwei Kammern 38a und 38b. In die Kammer 38b mündet eine Leitung 39, die ein unter Druck stehendes nicht zusammendrückbares Medium einführt, das dazu bestimmt ist, den Kolben 31 gegen die Kammer 38a zu drücken und so den Kolben 31 in eine Stellung zu bringen, in welcher das Absperrorgan 14 den Hals der Düse 8 verschließt (siehe Figur 4). In diesem Fall kann der Kolben 31 gegen einen Anschlag 40, der in der Kammer 38a vorgesehen ist und das Minimalvolumen, das diese einnehmen kann, begrenzt zur Anlage kommen.
In dieses Minimalvolumen der Kammer 38a münden eine Einlaßleitung 41 mit einem kalibrierten Querschnitt und eine Auslaßleitung 42 mit veränderbaren Querschnitt. Die Einlaßleitung 41 erhält einen Teil, zum Beispiel 1 %, des durch den Generator erzeugten Gasstroms, wobei zum Beispiel eine Verbindung mit einer Leitung 10 besteht. Die Auslaßleitung 42 ist gelüftet, indem sie zum Beispiel mit dem Äußeren des Flugkörpers 1 verbunden ist, so daß ein leichter Druck po in der Kammer 38a herrscht. Um den Querschnitt der besagten Auslaßleitung 42 genau und schnell verändern zu können, ist ihr freies Ende durch ein Teil 43 verlängert, das in Trichterform erweitert ist und worin eine feuerfeste Kugel 44 vorgesehen ist, die sich von Innen des besagten trichterförmigen Teils 43 entlang seiner Achse bewegen kann. Für eine solche Bewegung der besagten Kugel 44 ist zum Beispiel ein elektrischer Linearmotor vorgesehen. Man sieht, daß mit einer solchen Vorrichtung die Kugel 44 in Bezug auf die Leitung 42 in Verschlußstellung automatisch zentriert wird.
Ein Organ 46, zum Beispiel ein Rotationspotentiometer, ist mit der Welle 20 verbunden, zum Beispiel mittels eines mit der Welle des besagten Potentiometers verbundenem Getriebe 47 und einer ringförmigen Zahnstange 48, die auf die Achse 1-1 zentriert und mit dem Radialarm 33 fest verbunden ist, zum messen der Stellung in Rotation des besagten Absperrorgans 14.
Wenn der Motor 45 zum Zurückziehen der Kugel 44 und zur vollständigen Freistellung der Auslaßleitung 42 (siehe Figur 4), das heißt zur Freistellung eines Durchgangs mit einem Querschnitt, der mindestens gleich ist dem Querschnitt der Auslaßleitung 42, gesteuert wird, entweicht der durch die Einlaßleitung 41 eindringende Gasstrom frei durch die besagte Auslaßleitung 42, so daß dieser Gasstrom nur den leichten Druck po auf den Kolben 31 ausübt, der dann unter der Einwirkung des nicht zusammendrückbaren Mediums, das über die Leitung 39 zugeführt wird, gegen den Ausschlag 40 gedrückt wird. In dieser Stellung des Kolbens 31, weist die mechanische Verbindung 32 dem Absperrorgan 14 eine Stellung zu, in welcher es den Hals der Düse 11 vollständig verschließt. Diese Verschlußstellung wird durch das Meßorgan 46 abgetastet.
Wenn der Motor 45 hingegen von der auf Figur 4 gezeigten Verschlußstellung aus so gesteuert wird, daß die Kugel 44 sich der Auslaßleitung 42 nähert, begrenzt die besagte Kugel mit der Wandung des Trichters 43 einen immer kleiner werdenden Durchgangsquerschnitt. Wenn dieser Durchgangsquerschnitt kleiner wird als der Querschnitt der Auslaßleitung 42, besteht ein Hindernis für den Ausfluß des durch die Einlaßleitung 41 eindringenden Gasstroms, so daß der Gasdruck innerhalb der Kammer 38a über den Wert po steigt. Sobald dieser Druck groß genug ist, um die Wirkung des über die Leitung 39 herbeigeführten nicht zusammendrückbaren Mediums zu überwinden, bewegt sich der Kolben 31 nach links der Figur 4, und die mechanische Verbindung 32 dreht das Absperrorgan 14 in Richtung der Freigebung des Halses der Düse 11 (Uhrzeigersinn auf der Figur 4). Das im Generator 9 erzeugte und über die Leitungen 10 und die Aussparung 18 auf den besagten Hals 11 geführte Gas, kann dann über die Düse 8 entweichen. In jedem Augenblick wird die entsprechende Teilöffnungsstellung des Absperrorgans 14 vom Meßorgan 46 angezeigt.
Wenn die Annäherung der Kugel 44, unter Einwirkung des Motors 45, an die Auslaßleitung 42 weitergeht, bis die besagte Kugel 44 in Kontakt mit der Wandung des Trichters 43 kommt (siehe Figur 5), wird der Durchgangsquerschnitt des Gasstromes, der über die Einlaßleitung 41 eindringt, Null, und der Druck im Inneren der Kammer 38a nimmt den Wert des Drucks der durch den Generator 9 erzeugten Gase an. In dieser Lage, ist der Kolben 31 bezüglich der Wirkung des über die Leitung 39 herbeigeführten nichtzusammendrückbaren Mediums genügend zurückgestellt, so daß die mechanische Verbindung 32 dem Absperrorgan eine Stellung zuweist in der es den Hals 11 der Düse 8 vollständig freigibt.
Wenn nur der Motor 45 gesteuert wird, um die Kugel 44 zurückzuziehen, wird wieder ein Gasdurchgangsquerschnitt zwischen der besagten Kugel 44 und der entsprechenden Wandung des Trichters 43 verfügbar, so daß der Druck in der Kammer 38a sich verringert und das über die Leitung 39 herbeigeführte nicht zusammendrückbare Medium den Kolben 31 nach rechts der Figuren 4 und 5 zurückdrücken kann, wobei das Absperrorgan 14 in Verschlußrichtung des Halses 11 (gegen den Uhrzeigersinn auf den Figuren 4 und 5) dreht.
Aus dem eben beschriebenen geht hervor, daß man durch Kontrolle des Motors 45 die entsprechende Drehung des Absperrorgans 14 in Bezug auf den Düsenhals 11 kontrollieren kann, um diesem Absperrorgan alle gewünschten Stellungen zwischen der Düse 8 (Figur 4) und der vollständigen Freistellung der besagten Düse (Figur 5) mitzuteilen, wobei die augenblickliche Stellung des besagten Verschlusses vom Meßorgan 46 gemessen wird.
Man kann also leicht verstehen, daß das System der Figuren 4 und 5, das für jede Düse 8 des Flugkörpers 1 benutzt wird, gestattet, den besagten Flugkörper mit Kraft zu steuern. Um die Funktion des doppelwirkenden Zylinders zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Kammer 38a dem großen Triebquerschnitt des Kolbens 31 entspricht und demnach, auf der Seite der Kammer 38b die Fläche des Kolbens 31 kleiner ist als auf der Seite der Kammer 38a. Dies wird erreicht dank des Vorhandenseins der Kolbenstange 37.
Somit ergibt sich die Stellung des Absperrorgans 14 in Bezug auf den Düsenhals 11, aus dem Gleichgewicht der Kräfte zwischen dem Kolben und dem entsprechenden Verschluß.
Auf der Figur 6 hat man schematisch die Anwendung des Systems der Figuren 4 und 5 auf die Steuerung eines Flugkörpers 1 dargestellt, wobei dieser Flugkörper mit vier Düsen ausgerüstet ist, die sich paarweise diametral gegenüber liegen und in einem Winkel von 90º um die Achse L-L des besagten Flugkörpers verteilt sind. Auf dieser Figur ist den Bezugspunkten 8 der besagten Düsen ein entsprechender Index i zugeordnet (mit i = 1, 2, 3 oder 4), der im Uhrzeigersinn um die Achse L-L zunimmt, wobei die einer Düse 8.i zugehörenden Vorrichtungen mit dem gleichen Index i versehen sind. Somit sind jeder Düse 8.i ein Absperrorgan 14.i, ein Zylinder 30.i, dessen Kolben 31 mit dem entsprechenden Absperrorgan 14.i über eine Verbindung 32.i verbunden ist, und ein Organ zur Stellungsmessung 46.i zugeordnet. Anstatt einen Motor pro Düse vorzusehen, kann man in dieser Ausführungsart einen einzigen Motor zwei sich diametral gegenüberliegende Düsen zuordnen, so daß der Motor 45.13 die Absperrorgane 14.1 und 14.3, die jeweils den Düsen 8.1 und 8.3 zugeordnet sind, steuert, während der Motor 45.24 die Absperrorgane 14.2 und 14.4, die jeweils den Düsen 8.2 und 8.4 zugeordnet sind, steuert. Jeder dieser Motore 45.13 und 45.24 ist zum Beispiel ein Linearmotor des im Patent FR-A-2 622 066 beschriebenen Typs, der einen beweglichen länglichen Kern 50 mit einer Parallelverschiebung zu sich selbst enthält. Jedes Ende des Kerns 50 trägt eine Kugel 44, um mit den Auslaßleitungen 42 der entsprechenden Zylinder 30.1 und 30.3, oder 30.2 und 30.4 assozziierten Trichtern zusammenwirken zu können, so daß, wenn eine Kugel 44 sich seinem assozziierten Trichter nähert, sich die andere von ihrem Trichter entfernt und umgekehrt.
Außerdem sind die Leitungen 39 der vier Zylinder 30.1 bis 30.4 unter sich verbunden, wobei das flüssige Medium, das in den Leitungen 39 und in den Kammern 38b der Zylinder 30.i eingeschlossen ist, unter Druck steht.
Um außerdem den entsprechenden Impuls des Generators 9 zu optimieren, wird der Gesamtquerschnitt zum Austrag der Gase über die vier Paare Düse 8 - Verschluß 14, der vom Volumen des nicht zusammendrückbaren flüssigen Mediums, das sich zwischen den vier Zylindern 30.1 bis 30.4 befindet, festgelegt wird, gleich einer vollständigen Öffnung eines Halses 11 der Düse 8 gewählt.
Wenn sich die beiden Motore 45.13 und 45.24 in ihrer neutralen Stellung befinden (die der Stellung des Motors 45.24 auf der Figur 8 entspricht), sind ihre jeweiligen Kugeln 44 in einer gewissen Entfernung der Trichter 43, mit denen sie zusammenwirken, und zwar mit einem gleichen Abstand, so daß die Auslaßöffnungen der vier Leitungen 42 identisch sind. Dadurch nehmen, unter der Einwirkung des zwischen den vier Kammern 38b und den Leitungen 42 eingeschlossenen flüssigen Mediums, die Kolben 31 der vier Zylinder 30.1 bis 30.4 identische Stellungen ein und jede der Düsen 8.1 bis 8.4 ist zu einem Viertel geöffnet.
Wenn von dieser neutralen Stellung aus einer der Motore 45.13 oder 45.24 angesteuert wird, bewegt sich der entsprechende Kern in der durch die Steuerung auferlegte Richtung, indem er eine Kugel 44 ihrem assozziierten Trichter nähert. So öffnet sich eines der Absperrorgane 14 mehr, während sich die drei anderen schließen und identische Teilverschlußstellungen einnehmen dank der gleichen Verteilung des nicht zusammendrückbaren flüssigen Mediums, das sich in den Kammern 38b und den Leitungen 42 befindet. Eine solche Steuerung kann fortgesetzt werden, bis einer der Verschlüsse vollständig geöffnet ist, während die drei anderen vollständig geschlossen sind. Dieser Zustand wird auf der Figur 6 dargestellt, wo das Absperrorgan 14.1 geöffnet ist und die Absperrorgane 14.2, 14.3 und 14.4 befinden sich in der Verschlußstellung.
Wenn beide Motore 45.13 und 45.24 angesteuert werden, nehmen zwei Absperrorgane 14 gesteuerte Öffnungsstellungen ein in Abhängigkeit der Steuerungen, während die beiden anderen Absperrorgane identische Teilverschlußstellungen einnehmen, wegen der gleichen Verteilung des besagten, nicht zusammendrückbaren Mediums im Umlaufkreis der Kammer 38b und der Leitungen 39. Die vollständige Öffnung der beiden gesteuerten Absperrorgane entspricht dem Maximum der vollständigen Öffnung eines einzigen Absperrorgans, wenn die beiden anderen Absperrorgane geschlossen sind, wobei jedes der beiden Organe dann maximal die Hälfte des entsprechenden Düsenhalses freigeben kann, Konfiguration, die auf der Figur 2 dargestellt ist.
Da bekannterweise die von einem Gasstrom, der von einer Düse 8 kommt, gelieferte Querschub in direkter Abhängigkeit der Öffnung der besagten Düse steht, erkennt man, daß der Querschub, der vom System der Figur 8 um die Achse L-L des Flugkörpers geliefert wird, sich in ein auf besagte Achse zentriertes Viereck 51 einschreibt (siehe Figur 7).
Die Winkel des Vierecks 51 befinden sich auf der Achse der Düsen 8.1, 8.2, 8.3 und 8.4, und sie entsprechen den Höchstschüben F1M, F2M, F3M und F4M, die von jedem der besagten Düsen geliefert werden kann, wenn die drei anderen vollständig verschlossen sind, wobei jeder dieser Höchstschübe gleich ist dem Schub P, der vom Generator 9 geliefert werden kann. Auf der Figur 9 hat man ebenfalls den Kreis 52 mit Radius P dargestellt, der einer theoretischen homogenen Verteilung des Schubs des Generators 9 um die Achse L-L entspricht. Man sieht, daß um sich dieser theoretischen Verteilung zu nähern und so das System der Erfindung noch mehr zu optimieren, es vorteilhaft ist, die Anzahl von sich diametral gegenüberliegenden Düsenpaare zu erhöhen, damit das Viereck 51 sich in ein eingeschriebenes Polygon, das so nahe wie möglich den besagten Kreis 52 folgt, umwandelt.
Wie die Figur 8 zeigt, sind an Bord des Flugkörpers 1 Berechnungsmittel 53 vorgesehen zur Steuerung der Motore 45.13 und 45.24, um durch die Kraftsteuerung des Flugkörpers 1, jeden gewünschten Querschub, der in dem Viereck 51 eingeschrieben ist, zu erhalten. Zu diesem Zweck erhalten die Berechnungsmittel 53 an ihrem Eingang 54 (von einer nicht dargestellten Steuervorrichtung), die Stärke und die Orientierung dieses gewünschten Schubs. Ebenfalls unter Beziehung auf die Figur 7, wird angenommen, daß die Stärke gleich f sein soll, und die Orientierung wird durch den Winkel β, der durch den besagten Schub und der Achse der Düse 8.1 gebildet wird, gegeben.
Anschließend werden die Querschübe, die jeweils den Düsen 8.1 bis 8.4 zuzuschreiben sind, mit F1, F2, F3 und F4 bezeichnet.
Wie die Figur 7 zeigt, kann man schreiben:
(1) f cos β = F1 - F3 und
(2) f sin β = F4 - F2
Andererseits, weiß man, daß
(3) F1 + F2 + F3 + F4 = P ist,
wobei P der Schub des Generators 9 ist.
Wegen der gleichmäßigen Verteilung des zusammendrückbaren Mediums in den Kammern 38b und den Leitungen 39, erhält man
(4) F2 = F3 oder F1 = F4
Die Berechnungsmittel verfügen demnach über ein System von vier Gleichungen mit vier Unbekannten und sie berechnen F1, F2, F3 und F4 von f, β und P aus. Sie geben dann den Motoren 45.13 und 45.24 Befehle, welche jeweils die Zylinder 30.1 bis 30.4 steuern. Diese wiederum, mittels der Absperrorgane 14.1 bis 14.4, bewegen die Stellungsmessungsorgane 46.1 bis 46.4. Die Messung dieser Stellungen entsprechen der Öffnung der besagten Absperrorgane und demnach den reell gesteuerten Schüben F1 bis F4, so daß die besagten Messungen den Berechnungsmitteln zugeführt werden, die so die richtige Ausführung ihrer Befehle kontrollieren können.
In der auf Figur 9 gezeigten Ausführungsart, findet man das System der Figur 6 wieder. Man hat außerdem eine Reserve 55 an nicht zusammendrückbarem Medium vorgesehen, das über einen Verteiler 56 mit dem Kreislauf 39 verbunden werden kann.
Die Reserve 55 stellt zum Beispiel die Form eines Zylinders dar, dessen Kolben 57 einem Druck unterworfen ist, zum Beispiel dank eines aus den Generator 9 kommenden Gasteils. In diesem Fall gestattet eine Öffnung 58 den Eintritt der besagten Gase. So wird der Kolben 57 in Richtung Verteiler 56 gedrückt und setzt das nicht zusammendrückbare Medium, das im Zylinder 55 vorhanden ist, unter Druck.
Außer der Verbindung 59 zur Reserve 55, enthält der Verteiler 56 eine Verbindung 60 zum Kreislauf 39 und eine Öffnung 61 am Auslaß. Auf der Figur 9 isoliert der Verteiler 56 die Reserve 55 vom Kreislauf 39. Auf der Figur 10a hingegen, ist der Verteiler 56 in einer Stellung, in welcher die Reserve 55 ein nicht zusammendrückbares Medium in den Kreislauf 39 einbringen kann. Auf der Figur 10b schließlich, gestattet der Verteiler die Verbindung des Kreislaufs 39 mit dem Auslaß 61.
Man sieht so, daß die mit dem Verteiler 56 verbundene Reserve 55 gestattet eine konstante Menge von nicht zusammendrückbarem Medium in dem Kreislauf 39, in einem breiten Temperaturbereich, zu gewährleisten. Wenn außerdem der Generator 9 aus einem Typ besteht, in welchem die Verbrennungsgeschwindigkeit druckempfindlich ist, kann man diese Geschwindigkeit reduzieren durch Schaltung auf den Auslaß über den Verteiler 56, wobei, wenn der Generator 9 funktioniert, man sich in einer Steuerphase befindet, wo man keinen kraftgesteuerten Querschub benötigt.
Der Verteiler 56 wird über den Ausgang 62 des Rechners 53 gesteuert.

Claims

1. System zur Steuerung eines Flugkörpers (1) mittels Gasstrahlen, das einen Gasgenerator (9) enthält, der mit mindestens ein Paar seitlichen Düsen (8) verbunden werden kann, mittels rotierender Absperrmittel (14), beweglich unter der Einwirkung von motorischen Mitteln (30) und den durchgang der Gase durch die besagten Düsen steuernd, wobei die besagten Absperrmittel aus individuellen rotierenden Verschlüssen (14)bestehen, die mit jeder Düse (14) verbunden sind und jeder Verschluß in der Drehung durch einen Kolben (31) eines Zylinders (30) gesteuert wird, wobei eine Kammer (38a) des Zylinders einen Teil des vom Gasgenerator (9) erzeugten Gases erhält, und die Stellung des besagten Kolbens durch die Kontrolle des Durchflusses des besagten Gases durch die besagte Kammer (38a) gesteuert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- jedem Verschluß (14) ein individueller Zylinder (30) zugeordnet ist;

- die Kammern (38b) der besagten Zylinder (30), welche denen (38a) die die Gasmengen erhalten gegenüberliegen, zwischen sich durch einen Kopplungskreis (39), der ein unter Druck stehendes nicht zusammendrückbares Medium enthält, verbunden sind; und

- das Volumen des besagten unter Druck stehende nicht zusammendrückbare Medium so ausgewählt ist, daß einer der Verschlüsse (14) in vollständiger Öffnungsstellung der zugeordneten Düse (8) ist, wenn alle anderen Verschlüsse die entsprechenden Düsen vollständig schließen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in Höhe ihres Halses (11), der mit einem Verschluß (14) zusammenwirkt, jede Düse (8) einen länglichen Querschnitt aufweist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verschluß eine Welle (20) enthält, die mit einem herausragenden radialen Flügel (22) fest verbunden ist, dessen äußere Längsflächen (22a) mit dem Hals (11) der entsprechenden Düse (8) zusammenwirkt.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche (22b) des radialen Flügels (22), gegenüber dem Hals (11) der Düse (8) in offener Stellung des besagten Verschlusses (14), konkav und gebogen ist.

5. System nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Verschlüsse in einem mit der Struktur des besagten Flugkörpers (1) fest verbundenen starren Blocks (15) montiert sind.

6. System nach dem Anspruch 5, in welchem die besagten Düsen (8) in den Flügeln (3) des besagten Flugkörpers untergebracht sind, und zwar fest verbunden mit der Haut (2a) desselben, dadurch gekennzeichnet, daß die Füße (8a) der besagten Düsen (8) mit gleitender Reibung in den besagten starren Block (15) eingefaßt sind.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolle des Gasdurchflusses durch einen Zylinder mittels eines Linearmotors (45) erreicht wird, welches eine Kugel (44) in einer im Kreislauf des besagten Gasflusses vorgesehenen Erweiterung (43) bewegt.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das zwei Paar seitliche Düsen enthält, wobei die zwei Düsen eines Paares sich diametral gegenüber liegen und die Düsen eines Paares in einer zur Radialebene, welche die Düsen des anderen Paares enthält, senkrechten Radialebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß höchstens ein Verschluß jedes Düsenpaares gleichzeitig an einen Verschluß des anderen Düsenpaares angesteuert ist.

9. System nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Verschlüsse eines Düsenpaares durch den gleichen Motor (45.13 oder 45.24) gesteuert werden.

10. System nach irgend einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß es Berechnungsmittel (53) enthält zur Auflösung folgender Gleichungen:

(1) f cos β = F1 - F3

(2) f sin β = F4 - F2

(3) F1 + F2 + F3 + F4 = P und

(4) F2 = F3 oder F1 = F4

in welchen

f die Intensität eines gewünschten Radialschubes ist, β der von dem besagten gewünschten Radialschub mit dem Radialschub F1, der von einer der besagten Düsen kommt, gebildeter Winkel ist, und F2, F3 und F4, die von den anderen Düsen kommenden Radialschübe sind.

11. System nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Reserve (55) an unter Druck stehendem nicht zusammendrückbarem Medium enthält, die mit dem besagten Kopplungskreis (39) verbunden werden kann.

12. System nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Reserve (55) mit dem besagten Kopplungskreis (39) mittels eines Verteilers (56), der den besagten Kopplungskreis (39) an den Auslaß legen kann, verbunden ist.

13. Flugkörper, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Steuersystem nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 12 enthält.