EP0471919B1 - Homokinetisches Stellsystem - Google Patents

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EP0471919B1
EP0471919B1 EP91105326A EP91105326A EP0471919B1 EP 0471919 B1 EP0471919 B1 EP 0471919B1 EP 91105326 A EP91105326 A EP 91105326A EP 91105326 A EP91105326 A EP 91105326A EP 0471919 B1 EP0471919 B1 EP 0471919B1
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EP
European Patent Office
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spherical shell
missile
control system
around
control
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EP91105326A
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English (en)
French (fr)
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EP0471919A2 (de
EP0471919A3 (en
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Walter Dipl.-Ing. Hetzer
Richard Dipl.-Ing. Neumayer
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Daimler Benz Aerospace AG
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    • F41WEAPONS
    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22Homing guidance systems
    • F41G7/222Homing guidance systems for spin-stabilized missiles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22Homing guidance systems
    • F41G7/2213Homing guidance systems maintaining the axis of an orientable seeking head pointed at the target, e.g. target seeking gyro
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41WEAPONS
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    • F41G7/20Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22Homing guidance systems
    • F41G7/2253Passive homing systems, i.e. comprising a receiver and do not requiring an active illumination of the target
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F41GWEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22Homing guidance systems
    • F41G7/2273Homing guidance systems characterised by the type of waves
    • F41G7/2293Homing guidance systems characterised by the type of waves using electromagnetic waves other than radio waves

Definitions

  • the invention relates to a homokinetic control system.
  • the invention has for its object to provide a homokinetic control system which has the same properties in a small space as two cardan joints arranged in series.
  • the homokinetic control system ideally permits the functional and spatial fusion between a homokinetic ball constant velocity joint and a biaxial electromechanical actuator.
  • the inner and outer spherical shells are made up of at least six transmission balls and corresponding inner and outer ball tracks Homokinetically connected to each other around their longitudinal axes, whereby a rotational movement of one of the two spherical shells (2, 3) about its longitudinal axis is always transmitted without error to the longitudinal axis of the other spherical shell and thereby the longitudinal axes (13, 14) of the spherical shells (2, 3) a longitudinal inclination of the control system by an angle ⁇ to each other take an angle ⁇ / 2.
  • the deflection is possible in any spatial direction.
  • the two actuators consist of four permanent magnetic excitation circuits and four dome-shaped electrical control coils. Two opposing coils are activated together by applying a control current and trigger a torque and thus a relative movement about the associated actuating axis.
  • the pairs of control coils are advantageously arranged in the inner spherical shell, the permanent magnets being in the outer spherical shell.
  • a e.g. Optical sensor installed, which is not dynamically influenced by the roll movement of the missile in the event of a deflection.
  • This installation of the homokinetic positioning system according to the invention in a rotating missile enables through its compact construction and its simple components the creation of an uninfluenced by the rolling movement of the missile homing system even with small dimensions.
  • a homokinetic spatial actuating system 1 which essentially consists of an outer spherical shell 2, an inner spherical shell 3 and eight transmission balls 4 arranged between the spherical shells and two rows of four supporting balls 5 each.
  • the outer spherical shell 2 there are two rows of four permanent magnets 6 each, which interact with four control coils 7a to 7d arranged in the inner spherical shell 3.
  • a permanent flowing magnetic excitation flux 8 is maintained by the permanent magnets 6.
  • In the inner spherical shell 3 there are 4 inner spherical tracks 9 for the movement of the transfer balls and in the outer spherical shell 2 there are corresponding outer spherical tracks 11.
  • the transfer balls 4 are held by a ball cage 12.
  • the homokinetic control system has two control axes 13 and 14.
  • the control coil pairs 7b and 7d arranged around the control axis 13 receive their control current according to FIG. 2 via lines 15, the control coil pairs 7a and 7c according to FIG. 3 via lines 16.
  • the inner spherical shell 3 can depending on how the control coils are supplied with current, deflect about any axis, the ball cage 12 with the transfer balls 4 stands in a plane which is rotated by half the deflection angle of the inner spherical shell 3 perpendicular to the deflection angle.
  • the actuating movement is triggered by the force of the energized control coils in the permanent magnetic excitation flow.
  • FIG. 4 shows schematically the installation of the homokinetic control system 1 in the tip of a missile 20.
  • the outer spherical shell 2 with the permanent magnets 6 is inserted in a jacket 21 of the missile tip with the interposition of a damping ring 22.
  • a sensor 23 (not shown in more detail) is installed in the inner spherical shell 3 and is, for example, an optical sensor for autonomous target search.
  • the missile 20 can rotate about an axis 24 according to an arrow 25. If the sensor 23 is deflected in the fulfillment of its function, for example by an angle ⁇ , the ball cage 12 with the transmission balls 4 stands in a plane which is rotated by the angle ⁇ / 2 with respect to the original position.
  • the actuating movement by the angle ⁇ does not trigger any unwanted roll relative movements between the sensor 23 and the axis 24 of the missile 20.

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  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein homokinetisches Stellsystem.
  • Bei Auslenkung eines Sensors, der in der Spitze eines rotierenden Flugkörpers eingebaut ist, besteht die Schwierigkeit, den Auslenkwinkel unbeeinflußt von der Drehgeschwindigkeit des Flugkörpers aufrechtzuerhalten. Bei Anwendung eines herkömmlichen Kardangelenks treten bei ausgelenktem Sensor Übertragungsfehler, sogenannte Kardanfehler, auf. Dieses bewirkt nichttolerierbare Rollrelativbewegungen zwischen dem Flugkörper und dem Sensor mit entsprechenden auslenkwinkelabhängigen Beschleunigungsmomenten. Diese Rollrelativbewegung führt bei einem optischen Sensor zu unerwünschten Bildverzerrungen. Die Probleme könnten in bekannter Weise durch die Anordnung von einem homokinetischen Stellsystem mit zwei hintereinander wirkenden Kardangelenken beseitigt werden, wie es z.B.in dem Fachbuch "Feinmechanische Bauelemente" von Prof.Dr.-Ing. Siegfried Hildebrand, VEB Verlag Technik Berlin, 1971, auf den Seiten 724 und 725 beschrieben ist. Dieses ist aber aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten (Platz, Gewicht) bei einem Flugkörper nicht anwendbar . Insbesondere müßten beide Kardangelenke in den zwei Hauptachsen durch rotative Stellglieder ansteuerbar sein, was aufgrund des hohen Aufwandes und Platzbedarfs nicht in Frage kommt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein homokinetisches Stellsystem zu schaffen, das auf kleinem Raum dieselben Eigenschaften wie zwei hintereinander angeordnete Kardangelenke aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch den Anspruch 2 gekennzeichnet.
  • Das homokinetische Stellsystem entsprechend derErfindung gestattet in idealer Weise die funktionelle und räumliche Verschmelzung zwischen einem homokinetischen Kugelgleichlaufgelenk und einem zweiachsigen elektromechanischen Stellglied. Dabei sind die innere und die äußere Kugelschale durch mindestens sechs Übertragungskugeln und korrespondierende innere und äußere Kugelbahnen
    um Ihre Längsachsen homokinetisch formschlüssig miteinander verbunden, wodurch eine Rotationsbewegung einer der beiden Kugelschalen (2, 3) um ihre Längsachse sich stets fehlerfrei auf die Längsachse der anderen Kugelschale überträgt und wodurch die Längsachsen (13, 14) der Kugelschalen (2, 3) bei einer Längsneigung des Stellsystems um einen Winkel α zueinnader einen Winkel α/2 einnehmen.
  • Dabei ist die Auslenkung in beliebiger räumlicher Richtung möglich. Die zwei Stellglieder bestehen aus vier permanentmagnetischen Erregerkreisen und vier kalottenförmigen elektrischen Steuerspulen. Jeweils zwei gegenüberliegende Spulen werden gemeinsam durch Anlegen eines Steuerstroms aktiviert und lösen ein Drehmoment und damit eine Relativbewegung um die zugehörige Stellachse aus. In vorteilhafter Weise sind die Steuerspulenpaare in der inneren Kugelschale angeordnet, wobei die Permanentmagnete in der äußeren Kugelschale sind.
  • Bei einem Einbau des homokinetischen Stellsystems in die Spitze eines rotierenden Flugkörpers entsprechend den Unteransprüchen 3 und 4 ist innerhalb der inneren Kugelschale ein, z.B. optischer Sensor eingebaut, der bei einem Ausschlag von der Rollbewegung des Flugkörpers dynamisch nicht beeinflußt wird. Dieser Einbau des erfindungsgemäßen homokinetischen Stellsystems in einem rotierenden Flugkörper ermöglicht durch seine gedrungene Bauweise und seine einfachen Bauteile die Schaffung eines von der Rollbewegung des Flugkörpers unbeeinflußten Zielsuchsystems auch bei kleinen Abmessungen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1
    einen Schnitt durch die Kugelschalen eines homokinetischen Stellsystems entsprechend der Linie II-II der Fig.2,
    Fig. 2
    einen Schnitt durch die Fig. 1 entsprechend den Linien I-I,
    Fig. 3
    einen Schnitt durch die Fig. 2 entsprechend den Linien III-III unter Fortlassung der äußeren Kugelschale und
    Fig. 4
    einen Schnitt durch die Spitze eines Flugkörpers.
  • Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein homokinetisches räumliches Stellsystem 1, das im wesentlichen aus einer äußeren Kugelschale 2, einer inneren Kugelschale 3 und zwischen den Kugelschalen angeordneten acht Übertragungskugeln 4 und zwei Reihen von je vier Stützkugeln 5 besteht. In der äußeren Kugelschale 2 sind zwei Reihen von je vier Permanentmagnete 6 vorhanden, die mit vier in der inneren Kugelschale 3 angeordneten Steuerspulen 7a bis 7d zusammenwirken. Durch die Permanentmagnete 6 wird ein ständig fließender magnetischer Erregerfluß 8 aufrechterhalten. In der inneren Kugelschale 3 sind für die Bewegung der Übertragungskugeln 4 innere Kugelbahnen 9 und in der äußeren Kugelschale 2 entsprechende äußere Kugelbahnen 11 vorhanden. Die Übertragungskugeln 4 sind durch einen Kugelkäfig 12 gehalten. Das homokinetische Stellsystem hat zwei Stellachsen 13 und 14. Die um die Stellachse 13 angeordneten Steuerspulenpaare 7b und 7d erhalten ihren Steuerstrom entsprechend Fig. 2 durch Leitungen 15, die Steuerspulenpaare 7a und 7c entsprechend Fig. 3 durch Leitungen 16. Die innere Kugelschale 3 kann, je nachdem wie die Steuerspulen mit Strom beaufschlagt werden, um eine beliebige Achse ausschlagen, dabei stellt sich der Kugelkäfig 12 mit den Übertragungskugeln 4 in eine Ebene, die um den halben Ausschlagwinkel der inneren Kugelschale 3 senkrecht zum Ausschlagwinkel verdreht ist. Die Stellbewegung wird durch die Kraftwirkung der bestromten Steuerspulen im permanentmagnetischen Erregerfluß ausgelöst.
  • Die Fig. 4 stellt schematisch den Einbau des homokinetischen Stellsystems 1 in die Spitze eines Flugkörpers 20 dar. In einem Mantel 21 der Flugkörperspitze ist unter Zwischenschaltung eines Dämpfungsringes 22 die äußere Kugelschale 2 mit den Permanentmagenten 6 eingesetzt. In die innere Kugelschale 3 ist ein nicht näher dargestellter Sensor 23 eingebaut, der z.B. ein optischer Sensor zur autonomen Zielsuche ist. Der Flugkörper 20 kann um eine Achse 24 entsprechend eines Pfeiles 25 rotieren. Wenn der Sensor 23 in Erfüllung seiner Funktion z.B. um einen Winkel α ausgelenkt wird, stellt sich der Kugelkäfig 12 mit den Übertragungskugeln 4 in eine Ebene, die um den Winkel α/2 gegenüber der ursprünglichen Stellung verdreht ist. Dabei löst die Stellbewegung um den Winkel α keine unerwünschten Roll-Relativbewegungen zwischen dem Sensor 23 und der Achse 24 des Flugkörpers 20 aus.

Claims (4)

  1. Homokinetisches Stellsystem, dadurch gekennzeichnet, daß
    - eine innere Kugelschale (3) und eine äußere Kugelschale (2), die durch mindestens sechs Übertragungskugeln (4) und korrespondierende innere und äußere Kugelbahnen (9,11) um ihre Längsachsen (13, 14) homokinetisch formschlüssig miteinander verbunden sind, wodurch eine Rotationsbewegung einer der beiden Kugelschalen (2, 3) um Ihre Längsachse sich stets fehlerfrei auf die Längsachse der anderen Kugelschale überträgt und wodurch die Längsachsen (13, 14) der Kugelschalen (2, 3) bei einer Längsneigung des Stellsystems um einen Winkel α zueinander einen Winkel α/2 einnehmen.
    - mindestens zwei elektrische Steuerspulen (7), die in der inneren oder äußeren Kugelschale (3 oder 2) angeordnet sind;
    - mindestens vier Permanentmagnete (6), die mit den Steuerspulen (7) zusammenwirken, in der nicht mit den Steuerspulen (7) versehenen Kugelschale (2, 3) angeordnet sind;
    - mindestens zweimal drei Stützkugeln (5), welche die beiden Kugelschalen (2, 3) in den Längsachsen (13, 14) um den Kugelmittelpunkt reibungsarm drehbar lagern, angeordnet sind.
  2. Stellsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der inneren Kugelschale (3) die Steuerspulen (7) und in der äußeren Kugelschale (2) die Permanentmagnete (6) angeordnet sind.
  3. Stellsystem nach den Ansprüchen 1 und 2, eingebaut in die Spitze eines um seine Achse (24) rotierenden Flugkörpers (20), dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der inneren Kugelschale (3) ein Sensor (23) eingebaut ist, und daß bei Stellbewegung des Sensors um einen raumfesten Winkel (α) gegenüber der Längsachse (24) des Flugkörpers (20) die Übertragungskugeln (4) sich unabhängig von der Rollbewegung des Flugkörpers in einer der Ebene, die die Hälfte des Winkels (a/2) beträgt, bewegen.
  4. Stellsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kugelschale (2) mit der Spitze des Flugkörpers (20) über einen Dämpfungsring (22) verbunden ist.
EP91105326A 1990-07-14 1991-04-04 Homokinetisches Stellsystem Expired - Lifetime EP0471919B1 (de)

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DE4022509A DE4022509A1 (de) 1990-07-14 1990-07-14 Homokinetisches stellsystem

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EP0471919A2 EP0471919A2 (de) 1992-02-26
EP0471919A3 EP0471919A3 (en) 1992-04-22
EP0471919B1 true EP0471919B1 (de) 1995-09-20

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Title
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DE4022509C2 (de) 1993-06-24
DE4022509A1 (de) 1992-01-16
EP0471919A2 (de) 1992-02-26
DE59106516D1 (de) 1995-10-26
EP0471919A3 (en) 1992-04-22

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