EP0215185B1 - Steuerblock - Google Patents

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EP0215185B1
EP0215185B1 EP86105759A EP86105759A EP0215185B1 EP 0215185 B1 EP0215185 B1 EP 0215185B1 EP 86105759 A EP86105759 A EP 86105759A EP 86105759 A EP86105759 A EP 86105759A EP 0215185 B1 EP0215185 B1 EP 0215185B1
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EP
European Patent Office
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control
valve
cross
block
fact
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Application number
EP86105759A
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English (en)
French (fr)
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EP0215185A1 (de
Inventor
Klaus Unterstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinmetall Industrie AG
Original Assignee
Rheinmetall GmbH
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding
    • F42B10/60—Steering arrangements
    • F42B10/66—Steering by varying intensity or direction of thrust
    • F42B10/663—Steering by varying intensity or direction of thrust using a plurality of transversally acting auxiliary nozzles, which are opened or closed by valves

Definitions

  • the invention relates to a control block for an end-phase-guided projectile according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a control block is known from USA-A-3 139 725, which is provided for controlling a second rocket stage.
  • a valve is assigned to each control nozzle for control purposes, but its actuating mechanism is arranged in the longitudinal direction of the projectile.
  • the payload volume is disadvantageously limited on the one hand by the comparatively large space requirement of this control block, on the other hand acceleration forces deploying in the longitudinal direction can have a disadvantageous effect on the opening and closing function of the valves.
  • Projectiles that are fired from barrel weapons contain a correction impulse in order to fight point targets over very long distances in the final phase of their trajectory in order to be able to hit the point target.
  • control blocks are required which work extremely reliably despite the highest acceleration and temperature stresses and which also require the smallest possible construction volume so that they can still be accommodated in storeys of conventional caliber values of 155 mm or 203 mm.
  • the invention has for its object to provide a control block that meets these requirements.
  • FIG. 1 shows in longitudinal section a part of a projectile 10 in the area of the control block 100.
  • the projectile 10 comprises an essentially hollow cylindrical envelope 11, which also includes the control block 100.
  • the control block 100 comprises a hot gas generator with a combustion chamber 101 and propellant charge 102, as well as control nozzles 12 and valve arrangements 13.
  • a hot gas with temperatures in the order of 1400 K to 2000 K is generated in the combustion chamber 101, with which valve arrangements 13 control nozzles 12 are applied.
  • the control nozzles 12 lie in a cross-sectional plane of the sleeve 11, a total of four control nozzles 12 being provided, which are arranged at an even distance from one another on the circumference of a circle.
  • a valve arrangement 13 is assigned to each control nozzle 12, wherein all valves 13 are also arranged lying in a cross-sectional plane of the casing 11 in such a way that their longitudinal axes 130 are aligned along a chord of the casing cross section.
  • the valves 13 lie on one side of a square within the cross-sectional plane.
  • control nozzles 12 and valves 13 also leads in the area of the control block 100 to a very uniform mass distribution with respect to the longitudinal axis 10 a of the projectile, which is advantageous with regard to a possibly required swirl application of the projectile 10. Since the direction of action of the valve arrangements 13 extends in a cross-sectional plane perpendicular to the longitudinal axis 10 a of the projectile 10, acceleration forces which develop primarily in the longitudinal axis direction cannot adversely affect the opening or closing function of the valves 13.
  • the hot gas generated in the combustion chamber 101 passes through bores 12 a, which can be acted upon by the valves 13 in the opening or closing direction, to the control nozzles 12.
  • a control pulse can be provided via the control nozzles 12, which are arranged diametrically opposite each other in four directions for trajectory correction.
  • the actuator 13 c actuating the piston 13 a of the valve 13 consists of a metal with shape memory.
  • Metals of this type can be activated electrothermally, ie by applying heat, an existing martensite structure is converted into an austenite structure in a relatively short time of approximately 100 ms, and this is reversible, so that the process is reversed when heat is removed.
  • the actuator 13 c executes, for example, a stroke between one and 10 mm, whereby it can exert a force of up to 300 N.
  • Such actuators are characterized in comparison to conventional electromagnets with the same performance by a much smaller size and weight.
  • Actuators of the type mentioned or suitable metals with shape memory are sold, for example, by Raychem.
  • the one with the actuator 13 c Connected piston 13 a suitably made of a material with low thermal conductivity, preferably ceramic or silicon nitride.

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  • Fluid Mechanics (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Steuerblock für ein endphasengelenktes Geschoß nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus der USA-A-3 139 725 ist ein derartiger Steuerblock bekannt, der zur Steuerung einer zweiten Raketenstufe vorgesehen ist. Zur Steuerung ist jeder Steuerdüse ein Ventil zugeordnet, dessen Betätigungsmechanismus jedoch in Geschoßlängsrichtung angeordnet ist. Dadurch wird in nachteiligerweise einerseits das Nutzlastvolumen durch den vergleichsweise großen Raumbedarf dieses Steuerblocks eingeschränkt, andererseits können sich in Längsrichtung entfaltende Beschleunigungskräfte nachteilig auf die Öffnungs- und Schließfunktion der Ventile auswirken.
  • Geschosse, die aus Rohrwaffen verschossen werden, enthalten zwecks Bekämpfung von Punktzielen über sehr große Entfernungen in der Endphase ihrer Flugbahn einen Korrekturimpuls, um das Punktziel treffen zu können. Zu diesem Zweck werden Steuerblöcke benötigt, die trotz höchster Beschleunigungs- und Temperaturbeanspruchungen extrem zuverlässig arbeiten und die zudem noch ein möglichst geringes Bauvolumen beanspruchen, damit sie noch in Geschossen herkömmlicher Kaliberwerte von 155 mm bzw. 203 mm untergebracht werden können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerblock anzugeben, der diese Anforderungen erfüllt.
  • Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Steuerblock der eingangs näher bezeichneten Art, durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Figur 1: einen Längsschnitt durch ein Geschoß mit Darstellung des Steuerblocks;
    • Figur 2: einen Querschnitt durch das Geschoss nach Figur 1 entlang der Linie 2 - 2.
  • Figur 1 zeigt im Längsschnitt einen Teil eines Geschosses 10 im Bereich des Steuerblocks 100. Das Geschoß 10 umfaßt eine im wesentlichen hohlzylindrische Hülle 11, die auch den Steuerblock 100 einschließt. Der Steuerblock 100 umfaßt einen Heißgasgenerator mit Brennkammer 101 und Treibladung 102, sowie Steuerdüsen 12 und Ventilanordnungen 13. Durch Umsetzung der Treibladung 102 wird in der Brennkammer 101 ein heißes Gas mit Temperaturen in der Größenordnung von 1400 K bis 2000 K erzeugt, mit dem über Ventilanordnungen 13 Steuerdüsen 12 beaufschlagt werden. Die Steuerdüsen 12 liegen in einer Querschnittseben der Hülle 11, wobei insgesamt vier Steuerdüsen 12 vorgesehen sind, die gleichmäßig beabstandet auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind. Jeder Steuerdüse 12 zugeordnet ist eine Ventilanordnung 13, wobei alle Ventile 13 ebenfalls in einer Querschnittsebene der Hülle 11 liegend derart angeordnet sind, daß ihre Längsachsen 130 entlang einer Sehne des Hüllenquerschnitts ausgerichtet sind. In einer besonders zweckmäßigen Anordnung liegen die Ventile 13 auf je einer Seite eines Quadrats innerhalb der Querschnittsebene. Die vorstehend beschriebene Anordnung ergibt einen extrem flachbauenden Steuerblock, der nur einen geringen Platzbedarf hat und somit nur einen geringen Anteil des Nutzlastvolumens des Geschosses 10 beansprucht. Die symmetrische Anordnung von Steuerdüsen 12 und Ventilen 13 führt zudem im Bereich des Steuerblocks 100 zu einer sehr gleichmäßigen Massenverteilung im Bezug auf die Längsachse 10 a des Geschosses, was im Hinblick auf eine gegebenenfalls erforderliche Drallbeaufschlagung des Geschosses 10 von Vorteil ist. Da die Wirkrichtung der Ventilanordnungen 13 in einer senkrecht zur Längsachse 10 a des Geschosses 10 liegenden Querschnittsebene verläuft, können sich vornehmlich in Längsachsenrichtung entfaltende Beschleunigungskräfte nicht nachteilig auf die Öffnungs- bzw. Schließfunktion der Ventile 13 auswirken.
  • Das in der Brennkammer 101 erzeugte Heißgas gelangt über Bohrungen 12 a, die von den Ventilen 13 im Öffnungs- bzw. Schließungssinne beaufschlagbar sind, zu den Steuerdüsen 12. Durch selektive Ansteuerung der Steuerdüsen 12 kann über die jeweils paarweise diametral gegenüberliegend angeordneten Steuerdüsen 12 ein Steuerimpuls zwecks Flugbahnkorrektur in vier Richtungen ausgeübt werden.
  • In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung besteht das den Kolben 13 a betätigende Stellglied 13 c des Ventils 13 aus einem Metall mit Formgedächtnis. Derartige Metalle sind elektrothermisch aktivierbar, d. h. durch Wärmezufuhr wandelt sich in relativ kurzer Zeit von etwa 100 ms ein vorhandenes Martensitgefüge in ein Austenitgefüge um, und zwar reversibel, so daß sich bei Wärmeentzug der Vorgang wieder umkehrt. Bei dieser Umwandlung, die durch Wärmezufuhr vermittels eines Heizelements 13 b erzeugt wird, führt das Stellglied 13 c beispielsweise einen Hub zwischen ein und 10 mm aus, wobei es eine Kraft bis zu 300 N aufbringen kann. Derartige Stellglieder zeichnen sich im Vergleich zu herkömmlichen Elektromagneten bei gleicher Leistung durch ein wesentlich kleineres Bauvolumen und ein wesentlich kleineres Gewicht aus. Auch durch diese Eigenschaften wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe unterstützt. Stellglieder der genannten Art bzw. dafür geeignete Metalle mit Formgedächtnis werden beispielsweise von der Firma Raychem vertrieben. Um einen für die Funktion des Stellgliedes 13 c nachteiligen Einfluß der durch die Bohrungen 12 a zu den Steuerdüsen 12 geleiteten heißen Gase auszuschließen, ist der mit dem Stellglied 13 c verbundene Kolben 13 a zweckmäßig aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Keramik oder Siliciumnitrid hergestellt.

Claims (3)

1. Steuerblock (100) für ein endphasengelenktes Geschoß (10) mit einem eine Brennkammer (101) zum Abbrand einer Treibladung (102) umfassenden Heißgasgenerator, mit von Heißgas beaufschlagten Steuerdüsen (12) und Ventilanordnungen (13) zur Beeinflussung des Heißgasstromes, wobei in einer Querschnittsebene der Hülle (11) liegend vier gleichmäßig beabstandete Steuerdüsen (12) und ein jeder Steuerdüse (12) zugeordnetes Ventil (13) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (13) mit seiner Ventillängsachse (130) in der Querschnittsebene entlang einer eine Seite eines Quadrates bildenden Sehne des Hüllenquerschnitts liegend angeordnet ist.
2. Steuerblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (13) ein Stellglied (13c) aus einem Metall mit Formgedächtnis umfaßt, das infolge elektrothermischer Beaufschlagung durch ein Heizelement (13b) hinsichtlich seiner Länge veränderbar ist.
3. Steuerblock nach Anspruch 1 und 2, dadurh gekennzeichnet, daß mit dem Stellglied (13c) ein aus Keramik oder Siliciumnitrid bestehender Kolben (13a) verbunden ist.
EP86105759A 1985-09-05 1986-04-25 Steuerblock Expired EP0215185B1 (de)

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DE3531686 1985-09-05

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EP0215185A1 EP0215185A1 (de) 1987-03-25
EP0215185B1 true EP0215185B1 (de) 1989-07-12

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