EP0838656A2 - Guided missile with ram jet engine - Google Patents
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- EP0838656A2 EP0838656A2 EP97114018A EP97114018A EP0838656A2 EP 0838656 A2 EP0838656 A2 EP 0838656A2 EP 97114018 A EP97114018 A EP 97114018A EP 97114018 A EP97114018 A EP 97114018A EP 0838656 A2 EP0838656 A2 EP 0838656A2
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- F42—AMMUNITION; BLASTING
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- 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
- F42B10/62—Steering by movement of flight surfaces
- F42B10/64—Steering by movement of flight surfaces of fins
Definitions
- Fig. 1 shows a guided missile 1 with ramjet in perspective View looking diagonally from the left front and from above.
- an orthogonal axis cross is shown, in which the Longitudinal axis with X, the transverse axis with Y and the vertical axis with Z are. In terms of flight mechanics, this would be the roll axis (X), the pitch axis (Y) and the yaw axis (Z).
- cell 2 of the guided missile 1 has a largely circular cylindrical shape, the diameter something varies locally.
- Fig. 2 shows i.w. the drive kinematics of the lower left oar 14 in the direction of view from its pivot axis R2.
- the lower right rudder 13 and that left upper rudder 11 with their common pivot axis R1 are - with Break lines to the outside areas - seen in side view, as well the horizontally arranged cell 2.
- the trailing shaft 8 is cut open graphically, so that its inside is visible.
- the drive unit 16 of the rudder 14 is in shape of a brushless DC electric motor with roller spindle drive 18.
- Fig. 4 shows in addition to Fig. 3 shows a cross section through the cell 2 in the Swivel axis plane (R1, R2) of rudder 11 to 14, the course of the cut partially follows the linkage of the upper left oar 11.
- the right one Trailing shaft 9 is thus cut in the R1-R2 level, the left trailing shaft 8 in a further lying level in the area of the double lever 26 and the mother 21.
- the rudder 11 is - like the rudder 12 - in one backlash-free bearing 15, here a four-point deep groove ball bearing to its Swivel axis rotatably guided. Its linkage point A1 coincides with the center M3 of the ball joint 30, which with the coupling rod 29 is connected.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Lenkflugkörper mit Staustrahlantrieb, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a guided missile with ramjet drive, according to the Preamble of claim 1.
Bei Flugkörpern mit Strahltriebwerken ist es aus aerodynamischen und konstruktiven Gründen oft so, daß der Zellenquerschnitt nicht oder nur unwesentlich größer ist, als der maximale Triebwerksquerschnitt. Somit ist es in der Regel schwierig, im Triebwerksbereich zusätzliche Funktionselemente in die Zelle zu integrieren. Werden außenluftunabhängige Raketentriebwerke als Antriebe verwendet, so weisen diese aufgrund ihrer hohen Betriebsdrücke in der Regel einen stark eingeschnürten Düsenhals, d.h. einen stark reduzierten Durchmesser im Bereich zwischen Brennkammer und Schubdüse, auf. Da dieser Bereich meist mit dem Leitwerksbereich des Flugkörpers zusammenfällt bietet es sich an, hier Ruderservos, Gestänge, Ruderlager etc. in die Zelle zu integrieren. Zum Teil ist die Brennkammer im Querschnitt kleiner als die Schubdüse, so daß sich zusätzliche Einbaumöglichkeiten ergeben. Aus guten Gründen, z.B. des Wirkungsgrades und der Reichweite, geht der Trend jedoch zunehmend zu luftatmenden Antrieben. Insbesondere für kleinere bis mittlere Flugkörper bieten sich aufgrund ihrer einfachen, robusten und preiswerten Konstruktion Staustrahltriebwerke an. Da diese aber mit relativ niedrigen Betriebsdrücken arbeiten, benötigen sie relativ große Strö-mungsquerschnitte, wobei der Düsenhals nur geringfügig eingezogen ist. Somit führt diese Triebwerksart leider zu extrem beengten Einbauverhältnissen für die Ruderkinematik. Die Zellenkontur unterliegt häufig auch Schnittstellenforderungen seitens der Abschuß- bzw. Trägervorrichtungen, des Trägerflugzeuges selbst usw., insbesondere beim Ersatz existierender Flugkörper durch verbesserte Versionen, so daß auch örtlich begrenzte Querschnittserweiterungen oft nicht möglich sind. For missiles with jet engines, it is made of aerodynamic and constructive Reasons often so that the cell cross section is not or only insignificantly is larger than the maximum engine cross-section. So it is usually difficult to find additional functional elements in the engine area Integrate cell. Rocket engines independent of outside air are used as drives used, these have due to their high operating pressures in the Usually a constricted nozzle neck, i.e. a greatly reduced Diameter in the area between the combustion chamber and thrust nozzle. Because of this Area usually coincides with the tail area of the missile it is advisable to move rudder servos, rods, rudder bearings etc. into the cell integrate. The cross section of the combustion chamber is partly smaller than that Thruster, so that there are additional installation options. For good Reasons, e.g. efficiency and range, the trend continues increasingly to air-breathing drives. Especially for small to medium-sized ones Missiles offer themselves because of their simple, robust and inexpensive Construction of ramjet engines. But since these have relatively low operating pressures work, they require relatively large flow cross-sections, the nozzle neck is only slightly retracted. So this type of engine leads Unfortunately, extremely tight installation conditions for the rowing kinematics. The cell contour is also often subject to interface requirements the launcher or carrier devices, the carrier aircraft itself, etc., especially when replacing existing missiles with improved versions, so that locally limited cross-sectional extensions are often not possible are.
Es sind Flugkörper bekannt, bei welchen außenseitig auf die Zellenkontur aufgesetzte Lufteinläufe primär aus strömungstechnischen Gründen in Form von Nachlaufschächten bis zum Flugkörperheck verlängert sind. Diese Nachlaufschächte können, falls nicht anderweitig genutzt, für die Installation von Elementen des Ruderantriebes verwendet werden.Missiles are known in which those placed on the outside of the cell contour Air inlets primarily for fluidic reasons in the form of Trailing shafts are extended to the missile tail. These trailing shafts can, if not used otherwise, for the installation of elements of the rudder drive can be used.
Ausgehend von einer gattungsgemäßen Konfiguration mit vier radial angeordneten, separat schwenkbaren Rudern und mit zwei Nachlaufschächten im Bereich der beiden unteren Ruder besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Lenkflugkörper mit Staustrahlantrieb zu schaffen, dessen Ruderstellsystem bestmöglich in die Zelle integriert ist und auch bei extremen mechanischen und thermischen Bedingungen die vorgegebenen Anforderungen, z.B. hinsichtlich Stellgenauigkeit und Stellgeschwindigkeit, voll erfüllt.Starting from a generic configuration with four radially arranged, separately swiveling oars and with two trailing shafts in the area of the two lower rudders, the object of the invention is one To create a guided missile with its rudder control system is optimally integrated into the cell and also with extreme mechanical and thermal conditions the specified requirements, e.g. regarding Positioning accuracy and positioning speed, fully met.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Kombination der Merkmale a) bis e) gelöst, in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen in dessen Oberbegriff.This object is achieved by the combination characterized in claim 1 the features a) to e) solved in connection with the generic features in its generic term.
Die vier Antriebseinheiten mit linearer Stellbewegung für die vier Ruder sind örtlich konzentriert je paarweise in den beiden Nachlaufschächten angeordnet, wobei der doppelte Versatz - in Längs- und Umfangsrichtung des Flugkörpers - zusätzlich raumtechnische Vorteile bringt. Somit sind ausreichend große/starke Antriebe verwendbar, welche nicht in die Zelle selbst integriert werden müssen.The four drive units with linear adjustment movement for the four rudders are arranged locally concentrated in pairs in the two trailing shafts, where the double offset - in the longitudinal and circumferential direction of the missile - brings additional spatial advantages. So they are big enough Drives can be used which do not have to be integrated into the cell itself.
Die kinematische Verbindung Antrieb-Ruder erfolgt über relativ einfache, stabile und platzsparende Gestänge mit wenig Lagern und Gelenken, wobei an jedem Rinder ein definierter Gestängeanlenkpunkt vorgesehen ist.The drive-rudder is kinematically connected via relatively simple, stable and space-saving linkage with few bearings and joints, with each Cattle a defined linkage pivot point is provided.
Die Gestänge für die beiden unteren Rinder, bestehend aus je einer Koppelstange mit zwei Gelenken, sind - wie die Antriebseinheiten - auch vollständig in die Nachlaufschächte integriert. The rods for the two lower cattle, each consisting of a coupling rod with two joints are - like the drive units - also complete integrated in the trailing shafts.
Die Gestänge für die beiden oberen Ruder bestehen jeweils aus zwei gelenkig verbundenen Elementen, nämlich einem schwenkbar gelagerten Doppelhebel und einer Koppelstange mit räumlich beweglichen Gelenken. Sie führen aus den Nachlaufschächten heraus und sind bis hin zu den Rudern der räumlichen, i.w. zylindrischen Zellenkontur angepaßt.The rods for the two upper oars consist of two articulated connected elements, namely a pivoted double lever and a coupling rod with spatially movable joints. You execute the trailing shafts and are right down to the oars of the spatial, i.w. adapted cylindrical cell contour.
In den Unteransprüchen 2 bis 8 sind bevorzugte Ausgestaltungen des Lenkflugkörpers
nach dem Hauptanspruch gekennzeichnet.Preferred embodiments of the guided missile are in
Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren noch näher erläutert. Dabei zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht eines Lenkflugkörpers,
- Fig. 2
- eine seitliche Teilansicht eines Flugkörperhecks in Achsrichtung eines unteren Ruders mit Einblick in einen Nachlaufschacht,
- Fig. 3
- eine vergleichbare Teilansicht in Achsrichtung eines oberen Ruders,
- Fig. 4
- einen Querschnitt durch einen Flugkörper im Bereich der Ruder mit Blickrichtung von hinten.
- Fig. 1
- a perspective view of a guided missile,
- Fig. 2
- a partial side view of a missile tail in the axial direction of a lower rudder with a view of a trailing shaft,
- Fig. 3
- a comparable partial view in the axial direction of an upper oar,
- Fig. 4
- a cross section through a missile in the area of the rudder with a view from behind.
Fig. 1 zeigt einen Lenkflugkörper 1 mit Staustrahlantrieb in perspektivischer
Ansicht mit Blickrichtung schräg von links vorne sowie von oben. Zur Verdeutlichung
ist ein orthogonales Achsenkreuz eingezeichnet, bei welchem die
Längsachse mit X, die Querachse mit Y und die Hochachse mit Z bezeichnet
sind. Flugmechanisch gesehen wären dies die Rollachse (X), die Nickachse
(Y) und die Gierachse (Z). Es ist zu erkennen, daß die Zelle 2 des Lenkflugkörpers
1 eine weitgehend kreiszylindrische Form besitzt, wobei der Durchmesser
lokal etwas variiert. Zu erkennen sind auch die beiden im unteren Bereich
von außen auf die Zelle 2 aufgesetzten Lufteinläufe 6, 7, welche in Form
von Nachlaufschächten 8, 9 (hier nur 8 sichtbar) bis zum Flugkörperheck verlängert
sind, was sowohl aerodynamische als auch konstruktive, insbesondere
raumtechnische, Vorteile bringt. Für die aerodynamische Steuerung sind vier
separat bewegliche Ruder 11 bis 14 (13 hier nicht sichtbar) in Form eines
rechtwinkeligen Diagonalkreuzes angeordnet, so daß man von zwei oberen
Rudern 11, 12 und zwei unteren Rudern 13, 14 sprechen kann. Im mittleren
bis vorderen Flugkörperbereich ist eine mit dem Ruderkreuz fluchtende Flügelanordnung
10 vorhanden, wobei die unteren Flügel nur noch als kurze Spitzen
aus den Lufteinläufen 6, 7 hervorstehen und mehr der mechanischen Führung/Fixierung,
z.B. in einer Startvorrichtung, als der Aerodynamik dienen.Fig. 1 shows a guided missile 1 with ramjet in perspective
View looking diagonally from the left front and from above. For clarification
an orthogonal axis cross is shown, in which the
Longitudinal axis with X, the transverse axis with Y and the vertical axis with Z
are. In terms of flight mechanics, this would be the roll axis (X), the pitch axis
(Y) and the yaw axis (Z). It can be seen that
Fig. 2 zeigt i.w. die Antriebskinematik des linken unteren Ruders 14 in Blickrichtung
von dessen Schwenkachse R2. Das rechte untere Ruder 13 sowie das
linke obere Ruder 11 mit ihrer gemeinsamen Schwenkachse R1 sind - mit
Bruchlinien zu den Außenbereichen hin - in Seitenansicht zu sehen, ebenso wie
die horizontal angeordnete Zelle 2. Der Nachlaufschacht 8 ist graphisch aufgeschnitten,
so daß sein Inneres einsehbar ist. Am weitesten links, d.h. in Flugrichtung
vorne, befindet sich die Antriebseinheit 16 des Ruders 14, in Form
eines bürstenlosen Gleichstrom-Elektromotors mit Rollenspindeltrieb 18. Die
Antriebseinheit 17 des Ruders 11 ist bezüglich der Einheit 16 sowohl in Längsrichtung
als auch in Umfangsrichtung des Lenkflugkörpers 1 vesetzt und liegt
näher an der Ruderachsenebene (R1, R2). Das Ruder 14 weist - hier senkrecht
unterhalb seiner Schwenkachse R2 - einen Gestängeanlenkpunkt A2 auf. Zwischen
diesem und der Mutter 20 des Rollenspindeltriebes 18 ist eine auf Zug
und Druck belastbare Koppelstange 23 als kinematisches Verbindungsglied
eingefügt. Diese weist gabelartige Gelenkenden 24, 25 auf, welche die Mutter
20 und den Ruderhebel umgreifen und mit diesen gelenkig verbunden sind. Da
die Gelenkachsen G1, G2 und die Ruderschwenkachse R2 hier parallel sind,
genügen Gelenke mit einem Freiheitsgrad, d.h. mit Schwenkbarkeit um eine
Achse.Fig. 2 shows i.w. the drive kinematics of the lower
Fig. 3 zeigt i.w. die Antriebskinematik des linken oberen Ruders 11 in Blickrichtung
seiner Schwenkachse R1. Das linke untere Ruder 14 sowie das rechte
obere Ruder 12 mit ihrer gemeinsamen Schwenkachse R2 sind - Bruchlinien zu
den radial äußeren Bereichen hin - in Seitenansicht zu sehen, ebenso wie die
horizontal angeordnete Zelle 2. Letztere ist im oberen Bildbereich aufgeschnitten
dargestellt, wobei auch der Strömungskanal des Triebwerkes im wandnahen
Bereich zu sehen ist. Das Bezugszeichen 3 weist etwa in den Bereich des
stromabwärtigen Staubrennkammerendes, das Bezugszeichen 5 in den Bereich
des Düsenhalses und das Bezugszeichen 4 in den Bereich der Schubdüse, genauer
gesagt in deren Austrittsquerschnitt. Es ist zu erkennen, daß die äußere
Zellenwand im Bereich des Düsenhalses 5 eine umlaufende Einschnürung aufweist,
in welcher zumindest Teile der Ruderlagerung sowie des Rudergestänges
untergebracht sind. Das Innere des Nachlaufschachtes 8 ist wieder einsehbar
dargestellt, jedoch aus einer gegenüber Fig. 2 um 90° verschiedenen Blickrichtung.
Links unten ist die Antriebseinheit 16 für das Ruder 14 im Teillängsschnitt
zu sehen. Weiter rechts auf gleicher Höhe folgt die Antriebseinheit 17
des Ruders 11 - in Ansicht - mit ihrem Rollenspindeltrieb 19 einschließlich
dessen Mutter 21. Der Gestängeanlenkpunkt des Ruders 11 ist mit A1 bezeichnet.
Die Stellkraft- bzw. Stellbewegungsübertragung erfolgt von der Mutter
21 auf den um eine feste Achse schwenkbaren Doppelhebel 26 und weiter
über eine mit letzterem gelenkig verbundene Koppelstange 29 auf den Punkt
A1. Da die Ruderschwenkachse R1 und die Schwenkachse des Doppelhebels
26 weder parallel sind, noch sich schneiden, ist die Koppelstange 29 mit zwei
räumlich beweglichen Kugelgelenken versehen. Die kinematische Anordnung
gleicht einem sogenannten Watts-Gestänge, wobei sich durch geometrische
Anpassung (Längen, Winkel, Achslagen) eine nahezu vollständige Linearität
zwischen der Ein- und der Ausgangsbewegung erreichen läßt.Fig. 3 shows i.w. the drive kinematics of the upper
Fig. 4 zeigt in Ergänzung zu Fig. 3 einen Querschnitt durch die Zelle 2 in der
Schwenkachsebene (R1, R2) der Ruder 11 bis 14, wobei der Schnittverlauf
bereichsweise dem Gestänge des linken oberen Ruders 11 folgt. Der rechte
Nachlaufschacht 9 ist somit in der R1-R2-Ebene geschnitten, der linke Nachlaufschacht
8 in einer weiter vorne liegenden Ebene im Bereich des Doppelhebels
26 und der Mutter 21. Das Ruder 11 ist - wie das Ruder 12 - in einem
spielfreien Lager 15, hier einem Vierpunkt-Rillenkugellager, um seine
Schwenkachse drehbar geführt. Sein Gestängeanlenkpunkt A1 fällt zusammen
mit dem Mittelpunkt M3 des Kugelgelenks 30, welches mit der Koppelstange
29 verbunden ist. Das doppelhebelseitige Kugelgelenk hat in dieser Ansicht die
gleiche Mittelpunktslage M3 und ist nicht sichtbar. Man sieht jedoch im
Schnitt den Doppelhebel 26, sein Schwenklager 28 mit Schwenkachse S sowie
sein unteres, gegabeltes Ende 27. Letzteres umgreift die Mutter 21 des Rollenspindeltriebs
19 und ist gelenkig mit dieser verbunden. Die Mitte der Mutter 21
ist hier mit M1 bezeichnet. An der Mutter 21 sind Gelenkzapfen 22 befestigt,
welche in Kulissensteinen drehbar gelagert sein sollen, wobei letztere in den
beiden Schenkeln des gegabelten Endes 27 des Doppelhebels 26 begrenzt verschiebbar
geführt sein sollen. Dabei soll die Mutter 21 separat verdrehgesichert
sein. Diese Kulissenführung ist erforderlich, um bei der gegebenen Kinematik -
mit Übergang von Linearbewegung auf Schwenkbewegung - schädliche
Zwangskräfte zu vermeiden. Im vorgegebenen Zeichnungsmaßstab ist eine
Wiedergabe dieser Details mangels Erkennbarkeit jedoch nicht sinnvoll. Dem
Fachmann ist die konstruktive Ausführung ohnehin geläufig.Fig. 4 shows in addition to Fig. 3 shows a cross section through the
Die durch die Gelenkzapfen 22 gegebene Gelenkachse ist mit G3 bezeichnet.
Diese und die Schwenkachse S des Doppelhebels 26 liegen parallel, um
Zwangskräfte und Verformungen im Gabelbereich zu vermeiden. Die Mittelpunkte
M1 bis M3 liegen auf einer Linie L, welche innerhalb oder etwa am
Rand des Materialquerschnittes des Doppelhebels 26 verläuft. Der so erzielte
Kraftfluß führt lediglich zu minimalen lokalen Torsionsbelastungen im Doppelhebel
26, was die Steifigkeit der Übertragungskinematik erhöht.The hinge axis given by the
Dadurch, daß die Antriebseinheiten 16 für die unteren Ruder 13, 14 in deutlich
größerem Abstand vor der Schwenkachsenebene R1-R2 liegen als die Antriebseinheiten
17 der oberen Ruder 11, 12 läßt sich das Steifigkeitsverhalten
der relativ langen und somit "weicheren" Koppelstangen 23 an die "Summensteifigkeit"
der im einzelnen "härteren", kürzeren Elemente 26 und 29 anpassen,
was der Steuerpräzision der Ruderanordnung zugute kommt. Characterized in that the
Die vom Ruder 12 bis in den Bereich des Ruders 14 verlaufende Grenzlinie B
gibt die seitens des Startgerätes vorgegebene Kontur wieder, zu welcher die
Flugkörperaußenkontur - mit Ausnahme des Ruders 11 - überall einen gewissen
Abstand einhalten muß, wovon eben auch das Rudergestänge zum Ruder
11 betroffen ist.The boundary line B extending from the
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