DE958210C - Einrichtung zur Selbststeuerung eines Flugkoerpers auf einer vom Erdboden ausgehenden Leitgeraden - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 14. FEBRUAR 1957

P 10845 VIII α/2i a*

Es sind Verfahren bekannt zur Selbststeuerung von Flugkörpern längs einer Leitgeraden, wobei diese Leitgerade im Raum dadurch bestimmt ist, daß die Richtung des StraWungsmaximums eines nach keulenförmigem Strahlungsdiagramm . vom Boden aus abgestrahlten Bündels - ultrakurzer Wellen einen kleinen Winkel mit der Leitgeraden bildet und um diese rotiert. Bei konstanter Sendeamplitude der ultrakurzen Wellen lassen sidh in

jedem außerhalb der Leitgeraden liegenden Punkt amplitudenmodulierte Schwingungen empfangen, deren Modulationsfrequenz gleich der Rotationsfrequenz des Bündels ist und deren Modulationsgrad ein Maß für den Abstand des Punktes von der Leitgeraden bildet, wobei die Phasenlage der Modulation ein Maß für die Richtung des genannten Punktes gegenüber einer Bezugsrichtung darstellt. Eine auf dem Flugkörper befindliche

Steuerapparatur wertet die empfangenen Schwingungen aus und beeinflußt die Flugrichtung des Flugkörpers sinngemäß.

Die Verwendung ähnlicher Ultrakurzwellenbündel ist übrigens auch in der Radartechnik bekannt. Es existieren Einrichtungen, bei welchen der Winkel zwischen Strahlungsmaximum und Rotationsachse beim Übergang von Suchpeilung zu Feinpeilung verringert werden kann. Der Öff nungswinkel des Ultrakurzwellenbündels bleibt hierbei unverändert.

Bei der Steuerung von Flugkörpern nach dem eingangs erwähnten Verfahren müssen zur Erzielung einer hohen Genauigkeit sowohl der Winkel zwischen der Leitgeraden und der Richtung des Strahlungsmaximums des Bündels wie auch die öffnung des Bündels gering gehalten werden, damit schon kleine Änderungen des Abstandes des Flugkörpers von der Leitgeraden den Modulationsao grad der auf dem Flugkörper empfangenen Schwingungen in genügendem Maße beeinflussen. Die genannten Bedingungen erschweren aber das Einführen des Flugkörpers in den vom Wellenbündel bestrichenen Raum beim Start, und sie verbieten es, die Richtung der Leitgeraden durch Bewegen der Sendeantenne mit großen Winkelgeschwindigkeiten zu verändern, ohne daß der Flugkörper den für seine Steuerung nutzbaren Raum um die Leitgerade verläßt. Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß dafür gesorgt, daß vom Erdboden zwei getrennt erzeugte, unterschiedliche scharfe Leitgerade mit entsprechend unterschiedlicher Breite des erzeugenden Strahlenbündels und untersdhiedlicher Neigung desselben gegenüber der zugehörigen Symmetrieachse sowie mit empfangsseitig unterscheidbaren Merkmalen ausgehen und daß die Steuerapparatur des Flugkörpers von der weniger schärfen auf die schärfere Leitgeradie dann selbsttätig umschaltet, wenn der Modulationsgrad der die schärfere Leitgerade festlegenden Strahlung am Empfangsort einen Wert unterschreitet, der dem Eindringen des Flugkörpers in den von der schärferen Leitgeraden erfaßten Raum entspricht. Die den beiden Bündeln zugeordneten Leitgeraden fallen normalerweise wenigstens annähernd zusammen. Die Steuerung des Flugkörpers erfolgt nach dessen Start zuerst durch das weitere Bündel und später durch das engere Bündel, wobei die Steuerapparatur frühestens' dann durch das engere Bündel beeinflußt wird, wenn der Flugkörper in den für seine Steuerung mit Vorteil nutzbaren Raum um die Leitgerade des engeren Bündels eindringt, d. h. wenn der durch das engere Bündel am Orte des Flugkörpers hervorgerufene Modulationsgrad einen gewissen Wert unterschreitet.

Gegenüber dem obenerwähnten bekannten System mit Übergang von Suchpeilung zu Feinpeilung zeigt das bei der Erfindung verwendete Prinzip den Vorteil der Unabhängigkeit in der Bemessung und Verwendung der beiden Leitgeraden. Die öffnung jedes Bündels kann dem Winkel, den die Richtung des Strahlungsmaximums mit der Leitgeraden bildet, angepaßt werden, so daß bei der Steuerung des Flugkörpers durch jedes Bündel optimale Verhältnisse herrschen. Das eine Bündel kann auch zum Hereinholen weiterer Flugkörper verwendet werden, während das zweite Bündel zur Steuerung von schon darin befindlichen Flugkörpern dient.

Die Erfindung soll nun an Hand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert werden.'

Fig. ι dient der Erklärung des verwendeten Verfahrens ;

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Steuerapparatur;

Fig. 3 und 4 zeigen zwei mögliche Ergänzungen hierzu, und

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für die Steuerapparatur.

Zunächst sei an Hand der Fig. 1 das Verfahren erläutert:

Eine bei 5" aufgestellte Sendeapparatur strahlt ein erstes (weiteres) Bündel ultrakurzer Wellen in der Richtung a_x aus und ein zweites (engeres) Bündel in der Richtung a₂. Beide Bündel rotieren um die hier als für* beide Bündel gemeinsam angenommene Leitgerade g, längs welcher sich der Flugkörper vom Sender wegbewegen soll. Mit k ist die halbe öffnung desjenigen Kegels bezeichnet, innerhalb welchem die Steuerung des Flugkörpers mit besonderem Vorteil durch das engere Bündel erfolgen kann; praktisch ist k mit Vorteil etwas geringer zu wählen als der Winkel zwischen der Richtung a₂ und der Leitgeraden g. Ein beispielsweise vom Punkt 1 aus ungef ähr in der Richtung g abgeschickter Flugkörper unterliegt nur der Steuerung durch das weitere Bündel so lange, bis er im Punkt 2 in den genannten Kegel eintritt. Anschließend wird er durch das engere Bündel gesteuert.

Die beiden Ultrakurzwellenbündel können sich, damit sie durch die Steuerapparatur identifiziert werden können, beispielsweise durch verschiedene Wellenlängen und/oder durch verschiedene Modulationen, vorzugsweise mittels Impulsen, unterscheiden.

Die Fig. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel das Schema einer auf dem Flugkörper befindlichen Steuerapparatur zur "Durchführung der Erfindung. In dieser Figur stellt A₁ bzw. A₂ die Antennen, D₁ bzw. D₂ die Empfänger einschließlich Demodulatoren für das weitere Bündel bzw. das engere Bündel dar. V₁ bzw. V₂ sind Verstärker, derenVerstärkungsgrade beispielsweise durch die von den Demodulatoren gelieferten Gleichspannungen so geregelt sind, daß' an ihren Ausgängen Wechselspannungen auftreten, welche dem Modulationsgrad des entsprechenden Ultrakurzwellensignals proportional sind. Diese Verstärker müssen zur Verstärkung einer Frequenz eingerichtet sein, welche der Rotationsfrequenz des zugehörigen Ultrakurz;wellenbündlels entspricht. Die beiden Frequenzen können beispielsweise einander gleich sein. B ist eine Schwellenschaltung, welche nur Schwingungen oberhalb einer gewissen Amplitude durchläßt. G ist ein Gleichrichter und R ein Relais mit

Umschaltkontakt. A stellt die Apparatur zur Auswertung der empfangenen Signale zum Zwecke der Beeinflussung der Steuerapparatur S_F des Flugkörpers dar.

Die Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung ist die folgende:

Solange der durch das weitere Bündel am Ort des Flugkörpers erzeugte Modulationsgrad einen gewissen Wert überschreitet, ist das Relais R in ίο Arbeitsstellung. Sinkt der Modulationswert unter den kritischen Wert, so fällt es ab. Die überwachte Größe ist also in diesem Ausführungsbeispiel der Modulationsgrad des durch, das weitere Bündel erzeugten Signals, welcher mit dem durch das engere Bündel bewirkten Modulationsgrad in einem durch die Strahlungscharakteristiken der Ultrakurzwellenbündel gegebenen eindeutigen Zusammenhang steht. In seiner Arbeitsstellung verbindet das Relais den Eingang der Auswerteapparatur A mit dem Ausgang des dem weiteren Bündel zugeordneten Verstärkers V₁, in seiner Ruhestellung mit dem Ausgang des dem engeren Bündel zugeordneten Verstärkers V₂. Sollte der Flugkörper sich aus dem Kegel k hinausbewegen, weil beispielss5 weise die Leitgerade vom Boden aus mit zu großer Winkelgeschwindigkeit bewegt wird, so erfolgt eine Rückschaltung auf Beeinflussung der Steuerung durch das weitere Bündel, vorausgesetzt, daß die Amplitude des durch dieses Bündel hervorgerufenen Signals nicht infolge zu großer Entfernung des Flugkörpers vom Sender zu gering geworden' ist.

Es kann"zur Vermeidung von störenden Schwingungen im Auswertegerät beim Umsdhaltvörgang von Vorteil sein, wenn die Umschaltung nicht plötzlich vorgenommen wird, sondern wenn während einer gewissen Zeit gleichzeitig beide Ultrakurzwellenbündel wirksam sind, wobei das Maß der Beeinflussung stetig verändert wird. Eine entsprechende Einrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Teile V₁, V₂, B, G, R und A entsprechen denjenigen der Fig. 2. Das Relais R verbindet aber hier nicht den Eingang von A unmittelbar mit dem Ausgang von V₁ oder V₂, sondern es dient zur abwechslungsweisen Sperrung der Verstärkerröhren L₁ oder L₂. Die Sperrspannung wird von einer Batterie U geliefert, welche über den Widerstand W₃, je nach der-Stellung des Relaiskontaktes, den Kondensator C₁ oder C₂ so weit auflädt, daß die zugehörige Röhre gesperrt ist. Die Aufladung benötigt eine gewisse Zeit, welche durch die Größen W₃ und C₁ bzw. C₂ festgelegt ist. Wird ein Kondensator beim Umschalten des Relais R von der. Spannungsquelle U abgetrennt, so entlädt er sich langsam über den zu ihm parallel geschalteten Widerstand W₁ bzw. W₂. Die''Verstärkungsgrade der beiden Röhren werden also in gegenläufigem Sinn relativ langsam verändert. Damit eine solche Anordnung einwandfrei arbeitet, ist es notwendig, daß die beiden Ultrakurzwellenbündel mit gleicher Phase rotieren. Die Antennen zur Abstrahlung der beiden Bündel können dazu beispielsweise auf einer Achse hintereinander angeordnet sein.

Es kann weiterhin von Vorteil sein, außer der dem Modulationsgrad des durch das engere Bündel verursachten Signals eindeutig entsprechenden Größe auch noch den Differentialquotienten dieser Größe als Umschaltkriterium zu verwenden. Dies ermöglicht, daß der Flugkörper, wenn er in sehr großem Winkel zur Leitgeraden in den Kegel k eintritt, nicht durch das engere Bündel beeinflußt wird, da er dessen Bereich doch in kurzer Zeit • wieder verlassen würde. Eine Einrichtung zur Mitberücksichtigung des Differentialquotienten der überwachten Größe ist in Fig. 4 gezeigt. Hierin entsprechen die Teile V₁, V₂, B, G und A den entsprechenden Teilen der Fig. 2. Der Gleichrichter G betätigt, wenn der Modulationswert des weiteren Bündels einen gewissen Wert überschreitet, das Relais R. Es wird weiterhin von der Ausgangsspannung des Verstärkerrohres V₁ durch den Teil D, welcher beispielsweise einen Gleichrichter und ein Differenzierglied enthält, ein Relais RD betätigt, wenn der Modulationsgrad sich rasch ändert. Die beiden Relais R und RD tragen Arbeitskontakte, welche parallel geschaltet sind. Im Gegensatz zu der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung wird also auch beim Abfallen des Relais R keine Umschaltung durch das Relais R_a vorgenommen, wenn die Änderung des Modulationsgrades zu rasch erfolgt.

Es ist von Vorteil, wenn beispielsweise durch ein Uhrwerk oder durch eine elektrisch wirkende Verzögerungsschaltung dafür gesorgt wird, daß die Umschaltung der Steuerapparatur auf Beeinflussung durch das engere Bündel frühestens nach Ablauf einer gewissen Zeit erfolgen kann. So lassen sich sinnlose Schaltvorgänge vermeiden, die sonst beispielsweise als Folge von Einschwingvorgängen auftreten könnten. Die Fig. 5 zeigt eine Einrichtung, welche eine derartige Verzögerungsschaltung enthält; sie stellt im übrigen ein zweites Ausfü'hrungsb&ispiel für eine Einrichtung zur Durchführung der Erfindung dar. A₁ und A₂ sind wieder dieAntennen für den Empfang des weiteren 105. bzw. des engeren Bündels, D₁ und D₂ sind die zugehörigen Empfänger mit Demodulatoren. V ist ein Verstärker zur Verarbeitung der Modulationsfrequenz, welche der Rotationsfrequenz der Bündel entspricht. Die Ausgangswechselspannung dtesVer- no stärkers ist durch geeignete selbsttätige Regelung proportional zum Modulationsgrad des von der Anordnung empfangenen Hochfrequenzsignals gehalten. Über die Leitung M wird dieses Ausgangssignal einer in der Figur nicht dargestellten Aus-Werteapparatur zugeführt. G ist ein Gleichrichter ■zur Lieferung einer vom Modulationsgrad abhängigen Gleichspannung. W₁₀ und W₂₀ bilden einen Spannungsteiler, mit einem Teilverhältnis, welches etwas kleiner ist als das Verhältnis der xao durch das weitere und durch das engere Bündel auf dem Kegel k der Fig. 1 bewirkten Modulationsgrade. R₁ ist ein Relais mit Ruhekontakt, R₂ ein solches mit zwei Umsdhaltkontakten und R_s ein Relais mit Arbeitskontakt. U stellt eine Stromquelle, für die Relais R₂ und R₃ dar. Der Konden-

sator C und der Widerstand W₃₀ bilden ein Verzögerungsglied, welches bewirkt, daß das Relais R₃ ni<3ht sofort bei Betätigung des Schalters S₁ arbeitet, sondern erst nach Ablauf einer gewissen Zeit.

Die in der Figur dargestellten Stellungen der Kontakte entsprechen dem Zustande der Steuerung durch das weitere Bündel. Die von der Antenne A₁ aufgenommene Schwingung aus diesem Bündel ίο wird in D₁ gleichgerichtet. Das Modulationssignal wird im Verstärker V verstärkt und im Gleichrichter G gleichgerichtet. Die am Ausgang des Gleichrichters G auftretende Gleichspannung hält das Relais R₁ angezogen, solange der Modulationsgrad des empfangenen Signals einen bestimmten Wert überschreitet. Sinkt nun dieser Modulationsgrad infolge Annäherung des Flugkörpers an die Leitgerade g (Fig. i) auf einen Wert, der dem Eindringen des Flugkörpers in den Kegel mit der ao öffnung k entspricht, so fällt das Relais R₁ ab. Über seinen Ruhekontakt wird durch die Stromquelle U das Relais R₂ erregt. Dessen linker Umschaltkontakt schaltet die Anordnung auf Empfang des engeren Bündels um. Der rechte Umschaltkontakt des Relais R₂ verbindet das Relais .R₁ mit der am Spannungsteiler abgegriffenen Teilspannung. Das Relais R₁ bleibt also in seiner Ruhelage, denn wenn auch der Modulationsgrad des in diesem Zustande empfangenen engeren Bündels um einen gewissen Faktor größer ist als derjenige des weiteren Bündels, so wird die am Relais R₁ liegende Spannung durch den Spannungsteiler um etwas mehr als diesen Faktor verkleinert. Der. Flugkörper wird also jetzt durch das engere Bündel gesteuert.

Verläßt aus irgendeinem Grunde der Flugkörper den Kegel, innerhalb welchem die Steuerung durch das engere Bündel vorteilhaft ist, so steigt der Modulationsgrad und damit die Spannung am Relais R₁ an. Dieses Relais geht in Arbeitslage, und das Relais R₂ wird daher stromlos. Dieses letztere Relais bewirkt Umschaltung auf Steuerung durch das weitere Bündel und verbindet gleichzeitig das Relais JR₁ wieder mit der vollen, vom Gleichrichter G gelieferten Spannung, womit der in der Figur dargestellte Zustand wieder erreicht ist. Die Steuerung erfolgt also durch das weitere Bündel. Die überwachten Größen sind in diesem Ausführungsbeispiel abwechselnd die Modulationsgrade der durch das weitere und das engere Bündel erzeugten Signale.

Die aus dem Relais R₃, dem Kondensator C, dem Widerstand PF₃₀ und dem Schalter S₁ bestehende Gruppe bezweckt, die Steuerung desFlugkörpers unmittelbar nach seinem Start nur durch das weitere Bündel geschehen zu lassen, also zu verhindern, daß durch Einschwingvorgänge beim Einschalten der Apparatur die Umschaltanordnung ins Pendeln gerät. Zu diesem Zwecke wird der Schalter^ beim Start des Flugkörpers geschlossen, und'das Verzögerungsglied ist so bemessen, daß das Relais R₃ erst nach Erreichen eines stabilen Betriebszustandes der Anordnung erregt wird. Sein Arbeitskontakt bereitet den Stromkreis für das Relais R₂ vor; eine Umschaltung auf Steuerung durch das engere Bündel kann also erst nach dem Anziehen des Relais R₃ erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, an Stelle der dargestellten Verwendung eines Verzögerungsgliedes irgendeine andere, z. B. mechanische Einrichtung zur verzögerten Vorbereitung des Stromkreises für das Relais R₂ vorzusehen.

Während normalerweise die beiden Ultrakurzwellenbündel um dieselbe Leitgerade oder wenigstens um parallele und eng benachbarte Gerade rotieren, kann es in besonderen Fällen günstig sein, ihre Rotationsachsen unabhängig voneinander im Raum schwenkbar zu machen. Es lassen sich auf diese Weise z. B. Flugkörper, welche von einem in größerer Entfernung vom Sender gelegenen Platz aus starten, mit Hilfe des unabhängig bewegten weiteren Bündels in das engere Bündel einführen. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die Steuerapparatur so eingerichtet ist, daß eine Rückschaltung auf Beeinflussung durch das weitere Bündel nicht erfolgen kann, nachdem einmal eine Umschaltung auf Beeinflussung auf das engere Bündel stattgefunden hat. Man vermeidet auf diese Weise, daß die schon durch das engere Bündel gesteuerten Flugkörper beim Schwenken des weiteren Bündels, zum Zwecke des Hereinholens eines neuen Flugkörpers, sich wieder auf Steuerung durch das weitere Bündel umschalten und daher unerwünschte Richtungsänderungen ausführen. Die Verhinderung einer Rückschaltung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Relais R der Fig. 2 nicht selbst die Umschaltung vornimmt, sondern daß bei seinem Abfallen ein weiteres Relais mit einem Haltekontakt in Arbeitsstellung gebracht wird, welches die Umschaltung irreversibel durchführt.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Einrichtung zur Selbststeuerung eines Flugkörpers auf einer vom Erdboden ausgehenden Leitgeraden, die die Symmetrieachse eines rotierenden und' ihr gegenüber schwach geneigten ultrakurzwelligen Strahlenbündels no bildet, dadurch gekennzeichnet, daß vom Erdboden zwei getrennt erzeugte, unterschiedliche scharfe Leitgerade mit entsprechend unterschiedlicher Breite des erzeugenden Strahlenbündels und unterschiedlicher Neigung desselben gegenüber der zugehörigen Symmetrieachse sowie mit empfangsseitig unterscheidbaren Merkmalen ausgehen und daß die Steuerapparatur des Flugkörpers von der weniger scharfen auf die schärfere Leitgerade dann iao selbsttätig umschaltet, wenn der Modulationsgrad der die schärfere Leitgerade festlegenden Strahlung am Empfangsort einen Wert unterschreitet, der dem Eindringen des Flugkörpers in den von der schärferen Leitgeraden erfaßten Raum entspricht.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ultrakurzwellenbündel mit verschiedenen Wellenlängen ausgestrahlt werden.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ultrakurzwellenbündel mit verschiedener Modulation ausgestrahlt werden.
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Ultrakurzwellenbündel unabhängig voneinander im Raum bewegbar sind.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Ultrakurzwellenbündel stets zueinander parallel und eng benachbart sind.
6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ultrakurzwellenbündel mit gleicher Umlauffrequenz rotieren.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die" beiden Ultrakurzwellenbündel mit gleicher Phase rotieren.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen zur Abstrahlung der beiden Ultrakurzwellenbündel auf

   • einer Achse hintereinander angeordnet sind.
9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel, um die Umschaltung rückgängig zu machen, wenn der Modulationsgrad der die schärfere Leitgerade festlegenden Strahlung am Empfangsort den vorgesehenen Wert wieder überschreitet.
10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet; daß die Beeinflussung durch das engere Bündel unabhängig vom weiteren zeitlichen Verlauf der Modulationsgrade erhalten bleibt.
11. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Umschaltung beide Ultrakurzwellenbündel während einer Übergangszeit gleichzeitig wirksam sind.
12. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerapparatur Mittel enthält, welche den Differentialquotienten des die Umschaltung bewirkenden Modulationsgrades nach der Zeit überwachen und welche die Umschaltung auf das engere Bündel nur dann zulassen, wenn der Differentialquotient öinen vorgegebenen Wert unterschreitet.
13. 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerapparatur Mittel enthält, welche die Umschaltung auf das engere Bündel frühestens nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit zulassen.

    In Betracht gezogene Druckschriften ι
    Deutsche Patentschrift Nr. 810036;
    französische Patentschrift Nr. 943 978.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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