EP1970664B1 - Steuerung für einen Kleinflugkörper - Google Patents

Steuerung für einen Kleinflugkörper Download PDF

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EP1970664B1
EP1970664B1 EP08004057A EP08004057A EP1970664B1 EP 1970664 B1 EP1970664 B1 EP 1970664B1 EP 08004057 A EP08004057 A EP 08004057A EP 08004057 A EP08004057 A EP 08004057A EP 1970664 B1 EP1970664 B1 EP 1970664B1
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EP
European Patent Office
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propeller
rudder
control
airborne vehicle
small
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EP08004057A
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EP1970664A3 (de
EP1970664A2 (de
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Michael Alois Surauer
Franz Maier
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MBDA Deutschland GmbH
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LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
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    • 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
    • F42B10/62—Steering by movement of flight surfaces
    • F42B10/64—Steering by movement of flight surfaces of fins
    • 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
    • F42B10/666—Steering by varying intensity or direction of thrust characterised by using a nozzle rotatable about an axis transverse to the axis of the projectile

Definitions

  • the invention relates to a controller for small missiles, as these come as a supplementary armament for infantrymen, for border guards, anti-terrorist units and the like are used.
  • Such propeller driven a battery powered electric motor as a drive having small missiles are fired from containers or launch tubes and unfold after the start by means of rowing adjustable with the fuselage wing and tail surfaces to generate torques about the steering and transverse axis of the small missile; see. DE 10 2004 061 977 A1 ,
  • the DE 103 22 421 A1 forms the start pumllt for the preambles of independent claims 1 and 2 and discloses a controllable aircraft with a fuselage, at least one wing on the fuselage for generating the buoyancy and with at least one thrust device for generating a thrust jet, wherein the at least one thrust device is not arranged on the at least one wing.
  • the aircraft is characterized in that no elevation and / or rudder is provided and that the thrust jet is adjustable relative to the fuselage position variable for controlling the aircraft.
  • the design of the control device according to the invention allows in the simplest way an additional thrust vector control of the small missile, wherein the controlling thrust vector is generated by the resulting four or two individual delivered by the structurally coupled with the rudder fins in their angular displacement propellers thrusts that either in their Amount equal or can be individually controlled to generate the necessary control moments on the steering electronics for the purpose of thrust change.
  • the propellers producing the change of direction of the small missile generate the propulsion of the small missile and are each coupled with one rudder fin each.
  • the propeller modules bearing rudder fins can also be arranged separately at the stern or nose of the small missile.
  • the propellers assigned to the rudder fins also provide propulsion for the small missile, which simplifies its construction.
  • a four crosswise on a fuselage structure 10 (see. FIGS. 1 and 2 ) hinged aerodynamic surfaces 11, 12, 13 and 14 having small missile 15 has on the surfaces 11 to 14 hinged rudder fins 16 to 19, of which in FIG. 1 only the rudder fin 16 is shown.
  • propeller With each rudder fin driven by a battery-powered electric motor, not shown propeller is connected and forms with this in each case a propeller module M1 to M4.
  • the small missile which has been launched from a starting frame, not shown, is controlled in its cruise phase via a steering electronics along the desired trajectory.
  • the rudder fins and the associated propeller modules whose speeds and thus their thrust vectors are remotely controlled individually. This is to the caused by the rudder fins torques about the longitudinal and transverse axis of the small missile 15 a supportive Thrust vector control achievable.
  • the effective thrust vector is generated by the resultant of the four individual thrust vectors of the propeller modules M1 to M4, which are either equal in their amount or can be individually controlled differently.
  • a rapid and effective change in direction of the small missile is achieved by changing the thrust vector even at low flow velocities of the rudder fins.
  • the rudder fins instead of the aerodynamic surfaces 11 to 14 as a separate rudder near the tail of the small missile 15 - for example, at 22 - or near the fuselage tip - for example 23 - be arranged.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuerung für Kleinflugkörper, wie diese als ergänzende Bewaffnung für Infanteristen, für den Grenzschutz, für Antiterroreinheiten und Ähnliches zum Einsatz gelangen.
  • Solche Propeller getriebene einen batteriegespeisten Elektromotor als Antrieb aufweisende Kleinflugkörper werden aus Behältern oder Startrohren verschossen und entfalten nach dem Start mittels Rudermaschinen verstellbare mit der Rumpfstruktur verbundene Flügel und Leitwerksflächen zur Erzeugung von Drehmomenten um die Lenks- und Querachse des Kleinflugkörpers; vgl. DE 10 2004 061 977 A1 .
  • Infolge der geringen Vorwärtsgeschwindigkeit des Kleinflugkörpers zumindest am Anfang der Flugbahn, also seiner Freiflugphase ist die Wirksamkeit von aerodynamisch wirkenden Flächen nicht ausreichend, um insbesondere hier notwendige schnelle Steuerkommandos ausführen zu können. Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, die Steuerungsfähigkeit solcher Kleinflugkörper zu verbessern.
  • Die DE 103 22 421 A1 bildet den Start pumllt für die Präambelnder unabhängigen Ansprüche 1 und 2 und offenbart ein steuerbares Flugzeug mit einem Rumpf, mindestens einem Tragflügel am Rumpf zum Erzeugen des Auftriebs sowie mit mindestens einer Schubeinrichtung zur Erzeugung eines Schubstrahls, wobei die mindestens eine Schubeinrichtung nicht an den mindestens einen Tragflügel angeordnet ist. Das Flugzeug zeichnet sich dadurch aus, dass kein Höhenund/oder Seitenruder vorgesehen ist und dass der Schubstrahl relativ zum Rumpf lageveränderlich zur Steuerung des Flugzeugs einstellbar ist.
  • Die oben beschriebene Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Ausbildung der Steuereinrichtung nach der Erfindung ermöglicht auf einfachste Weise eine zusätzliche Schubvektorsteuerung des Kleinflugkörpers, wobei der steuernde Schubvektor durch die resultierende aus vier oder zwei einzelnen der von den konstruktiv mit den Ruderfinnen in ihrer Winkelauslenkung gekoppelten Propellern gelieferten Schüben erzeugt wird, die entweder in ihrem Betrag gleich oder zur Erzeugung der notwendigen Steuermomente über die Lenkelektronik zwecks Schubänderung einzeln angesteuert werden können. Die der Richtungsänderung des Kleinflugkörpers dienenden Schubvektoren erzeugenden Propeller erzeugen gleichzeitig den Antrieb des Kleinflugkörpers und sind jeweils mit je einer Ruderfinne gekoppelt. Die Propeller-Module tragenden Ruderfinnen können auch gesondert am Heck oder Bug des Kleinflugkörpers angeordnet sein.
  • Für den Antrieb der an den aerodynamischen Flügeln des Kleinflugkörpers angeordneten Ruderfinnen befindlichen Propeller-Module sind also separate von der Bordbatterie gespeiste Elektromotoren eingesetzt; es kann aber auch mittels eines steuerbaren Verzweigungsgetriebes der Antrieb der auslenkbaren Propeller von einem einzigen Elektromotor abgeleitet werden. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform liefern also die den Ruderfinnen zugeordneten Propeller auch den Vortrieb für den Kleinflugkörper, was dessen Aufbau vereinfacht..
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand eines mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kleinflugkörper mit kreuzweise angeordneten aerodynamischen Flächen und
    Fig. 2
    eine Ansicht von hinten auf den Kleinflugkörper nach Figur 1.
  • Ein vier kreuzweise an einer Rumpfstruktur 10 (vgl. Figur 1 und 2) angelenkter aerodynamische Flächen 11, 12, 13 und 14 aufweisender Kleinflugkörper 15 weist an den Flächen 11 bis 14 angelenkte Ruderfinnen 16 bis 19 auf, von denen in Figur 1 nur die Ruderfinne 16 dargestellt ist. Mit jeder Ruderfinne ist ein mittels eines nicht dargestellten batteriegespeisten Elektromotors angetriebener Propeller verbunden und bildet mit diesem jeweils ein Propeller-Modul M1 bis M4.
  • Der von einem nicht dargestellten Startgestell gestartete Kleinflugkörper wird in seiner Marschflugphase über eine Lenkelektronik längs der gewünschten Flugbahn gesteuert. Hierzu dienen die Ruderfinnen sowie die damit verbundenen Propeller-Module, deren Drehzahlen und damit deren Schub-Vektoren einzeln ferngesteuert werden. Damit ist zu den durch die Ruderfinnen bewirkten Drehmomente um die Längs- und Querachse des Kleinflugkörpers 15 eine unterstützende Schubvektorsteuerung erzielbar. Der wirksame Schubvektor wird erzeugt durch die Resultierende aus den vier einzelnen Schub-Vektoren der Propeller-Module M1 bis M4, die entweder in ihrem Betrag gleich sind oder aber einzeln angesteuert unterschiedlich sein können. Hierdurch wird eine schnelle und wirksame Richtungsänderung des Kleinflugkörpers durch Änderung des Schubvektors auch bei geringen Anströmgeschwindigkeiten der Ruderfinnen erreicht. Das Zusammenwirken der mit den Ruderfinnen konstruktiv verbundenen Propeller-Module, die mit jeder der vier Ruderfinnen in ihrer Winkelauslenkung gekoppelt sind, ermöglicht also eine signifikante Verbesserung der Manövrierfähigkeit des Kleinflugkörpers.
  • Bordbatterie, Lenkelektronik und weitere benötigte Baugruppen des Kleinflugkörpers sind der besseren Übersicht halber und, da an sich bekannt, nicht dargestellt.
  • Wie in Figur 1 angedeutet können die Ruderfinnen statt an den aerodynamischen Flächen 11 bis 14 auch als gesonderte Ruder nahe dem Heck des Kleinflugkörpers 15 - zum Beispiel bei 22 - oder nahe der Rumpfspitze - zum Beispiel 23 - angeordnet sein.
  • Anstelle von vier aerodynamischen Flächen 11 bis 14 können auch nur zwei solcher Flächen, nämlich die Flächen 11 und 12 zur Anwendung gelangen, ohne dass hierbei der erfinderische Gedanke der Lenkunterstützung, bzw. Lenkung mittels steuerbaren Schubvektoren verlassen wird.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Rumpfstruktur
    11
    aerodynamische Fläche
    12
    aerodynamische Fläche
    13
    aerodynamische Fläche
    14
    aerodynamische Fläche
    15
    Kleinflugkörper
    16
    Ruderfinne
    17
    Ruderfinne
    18
    Ruderfinne
    19
    Ruderfinne
    22
    Ruderfinne am Heck
    23
    Ruderfinne am Bug
    M1
    Propeller-Modul
    M2
    Propeller-Modul
    M3
    Propeller-Modul
    M4
    Propeller-Modul

Claims (3)

  1. Steuereinrichtung zur Erzeugung von Drehmomenten um die Längs- und Querachse eines über eine Lenkelektronik fernlenkbaren mittels Propeller angetriebenen Kleinflugkörpers (15) mit der aerodynamischen Flugstabilisierung dienende Flügeln (11 bis 14) , wobei die Steuereinrichtung angelenkte Ruderfinnen (16 bis 19) aufweist, die an den Flügeln (11 bis 14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass den Ruderfinnen (16 bis 19) in ihrer Drehzahl über die Lenkelektronik beeinflussbare in ihrer Winkelauslenkung mit den Ruderfinnen (16 bis 19) gekoppelte Propeller-Module (M1 bis M4) zugeordnet sind, die gleichzeitig auch den steuerbaren Vortrieb für den Kleinflugkörper (15) liefern.
  2. Steuereinrichtung zur Erzeugung von Drehmomenten um die Längs- und Querachse eines über eine Lenkelektronik fernlenkbaren mittels Propeller angetriebenen Kleinflugkörpers (15) mit der aerodynamischen Flugstabilisierung dienenden Flügeln (11 bis 14), wobei die Steuereinrichtung angelenkte Ruderfinnen (22 oder 23) aufweist, die an dem Kleinflugkörper (15) gesondert zugeordneten aerodynamischen am Heck oder Bug des Kleinflugkörpers (15) befindlichen Ruderflächen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass den Ruderfinnen (22 oder 23) in ihrer Drehzahl über die Lenkelektronik beeinflussbare in ihrer Winkelauslenkung mit den Ruderfinnen (22 oder 23) gekoppelte Propeller-Module zugeordnet sind, die gleichzeitig auch den steuerbaren Vortrieb für den Kleinflugkörper (15) liefern.
  3. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomente um die Längs- und Querachse des Kleinflugkörpers (15) erzeugenden Propeller-Module (M1 bis M4) jeweils eigene von der Bordbatterie des KleinflugKörpers (15) gespeiste Elektromotoren aufweisen.
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