EP2418454A2

EP2418454A2 - Lenkbarer Flugkörper

Info

Publication number: EP2418454A2
Application number: EP11006540A
Authority: EP
Inventors: Peter Gleich
Original assignee: LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Current assignee: MBDA Deutschland GmbH
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: EP2418454B1; EP2418454A3; DE102010034310B4; DE102010034310A1

Abstract

Ein lenkbarer Flugkörper, insbesondere ein aus einem Werfer verschießbarer lenkbarer Raketenflugkörper, mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Korpus (1; 101; 201; 301; 401) sowie einer kippbewegbar am Korpus (1; 101; 201; 301; 401) angebrachten Flugkörpernase (2; 102; 202; 302; 402), deren Neigungswinkel zur Flugkörperlängsachse (X) mittels zumindest eines Aktuators veränderbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass der Aktuator von einem Elektromagneten (30, 32, 34, 36; 130, 134; 230, 234; 330, 334; 430, 434) gebildet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft einen lenkbaren Flugkörper, insbesondere einen aus einem Werfer verschießbaren lenkbaren Raketenflugkörper, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Kleinflugkörperwaffen, insbesondere Gewehrgranaten, werden häufig von Infanteriegewehren als sogenannte überkalibrige Aufsteckgeschosse verschossen. Es sind auch Gewehrgrananten bekannt, die aus einem an ein Infanteriegewehr anbaubaren Schussbecher verschossen werden. Nachteilig ist bei derartigen Verschusseinrichtungen die nicht unerhebliche Streuung der Treffer im Ziel gegenüber Rohrwaffensystemen. Es ist daher anzustreben, die Treffergenauigkeit derartiger Flugkörperwaffen zu verbessern.

STAND DER TECHNIK

Aus der DE 10 2007 007 929 B3 ist ein infanteristisches Waffensystem zum Bekämpfen von feststehenden Zielen mittels aus Werfern verschossenen lenkbaren Granaten bekannt. Diese lenkbaren Granaten bilden einen lenkbaren Kleinflugkörper mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Korpus sowie einer kippbewegbar am Korpus angebrachten Flugkörpemase, deren Neigungswinkel zur Flugkörperlängsachse mittels zumindest eines Aktuators veränderbar ist. Zur Steuerung des Neigungswinkels der schwenkbar gelagerten Flugkörpernase dieses bekannten lenkbaren Flugkörpers ist der Flugkörper mit einer einfachen Steuerelektronik versehen, die nicht näher beschriebene Aktuatoren beaufschlagt, mittels derer die Flugkörpernase um kleine Winkel gekippt werden kann. Die Flugkörpernase wirkt dadurch als ein die Flugbahn des Flugkörpers beeinflussendes Luftruder.
Da es sich bei diesem lenkbaren Flugkörper um einen Kleinlenkflugkörper handelt, ist neben einem Wirksystem und einem kleinen heckseitigen Raketenmotor kaum Raum, um eine Flugkörpersteuerung mit entsprechenden Aktuatoren und aerodynamischen Steuerrudern in diesem Kleinflugkörper unterzubringen. Des Weiteren müssen die Kosten für eine derartige in großen Stückzahlen bereitzustellende Waffe gering gehalten werden.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen gattungsgemäßen lenkbaren Flugkörper so auszugestalten, dass die gewünschte Lenkbarkeit durch Neigung der Flugkörpernase mit möglichst kostengünstigen Komponenten, geringem Energieverbrauch und geringem Einbauvolumen für die Steuerung erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Aktuator von einem Elektromagneten gebildet ist.

VORTEILE

Das Vorsehen eines Elektromagneten als Aktuator ermöglicht es, ohne hochwertige mechatronische Rudermaschinen eine wirksame Neigung der Flugkörpernase erzielen zu können. Neben einer hohen Stellgeschwindigkeit gewährleistet die Verwendung eines Elektromagneten auch eine Temperaturunabhängigkeit sowie eine Robustheit und Lagerfähigkeit des Flugkörpers über große Zeiträume. Anstelle der Verwendung teurer und komplexer mechanischer Bauteile ist der Aktuator beziehungsweise sind die Aktuatoren beim erfindungsgemäßen Flugkörper von einfachen Elektromagneten gebildet. Die gesamte Steuerung weist somit eine simple Bauweise und eine geringe Komplexität bei hoher Robustheit und geringen Kosten auf.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Elektromagnet gegen die Kraft eines zugeordneten elastischen Rückstellelements, vorzugsweise einer Rückstellfeder wirkt. Dieser Aufbau ermöglicht es, dass durch kurzzeitige Aktivierung des Elektromagneten eine Verkippung der Flugkörpernase und damit eine Flugbahnänderung erreicht werden kann und dass sich die Flugkörpernase nach Beendigung der Aktivierung des Elektromagneten automatisch mechanisch wieder in die Ausgangsposition, also in die Position, in der die Achse der Flugkörpernase mit der Achse des Flugkörpers übereinstimmt, zurückstellt.
Vorzugsweise sind zwei als Elektromagnete ausgebildete Aktuatoren vorgesehen, die bezüglich der Flugkörperlängsachse in einem Winkel zueinander angeordnet sind, so dass die Wirkrichtungen der Elektromagnete jeweils in einer Ebene liegen, wobei diese Wirkrichtungsebenen in einem Winkel, vorzugsweise in einem rechten Winkel, zueinander liegen. Diese einfache Ausgestaltung mit zwei Elektromagneten gestattet auf kostengünstige und unkomplizierte Weise eine Steuerung der Flugkörpernase um eine Nickachse und um eine Gierachse des Flugkörpers.
Alternativ können auch drei als Elektromagnete ausgebildete Aktuatoren vorgesehen sein, die bezüglich der Flugkörperlängsachse in einem Winkel zueinander angeordnet sind, so dass die Wirkrichtungen der Elektromagnete jeweils in einer Ebene liegen, wobei diese Wirkrichtungsebenen in einem Winkel zueinander, vorzugsweise in einem Winkel von 120° zueinander, liegen. Auch diese Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Flugkörpers gestattet es, eine schnelle und präzise Steuerung des Flugkörpers um dessen Nickachse und dessen Gierachse zu erzielen.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform sind vier als Elektromagnete ausgebildete Aktuatoren vorgesehen, die jeweils einem Quadranten der Flugkörpernase zugeordnet und um die Achse der Flugkörpernase herum angeordnet sind. Diese Ausführungsform gestattet eine noch agilere Steuerung des Flugkörpers um dessen Nickachse und dessen Gierachse.
Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn die Wirkrichtungen von jeweils zwei Elektromagneten der vier Elektromagnete in einer gemeinsamen Wirkrichtungsebene liegen, wenn die beiden Wirkrichtungsebenen im rechten Winkel zueinander liegen und wenn die Wirkrichtungen der jeweils einer Wirkrichtungsebene zugeordneten Elektromagnete eine entgegengesetzt gerichtete Wirkrichtungskomponente aufweisen. Diese Ausführungsform gestattet es, die Flugkörpernase schnell von einer Neigungsrichtung in eine entgegengesetzte Neigungsrichtung umzusteuem.
Vorteilhaft ist es, wenn der jeweilige Elektromagnet beziehungsweise die jeweiligen Elektromagneten in der Flugkörpernase angeordnet ist beziehungsweise sind. Die Anordnung des Elektromagneten beziehungsweise der Elektromagneten in der Flugkörpernase schafft Freiraum im Korpus, so dass der für das Wirksystem der Flugkörperwaffe benötigte Bauraum nicht eingeschränkt wird.
Alternativ kann der jeweilige Elektromagnet beziehungsweise können die jeweiligen Elektromagnete auch im Korpus angeordnet sein. Diese Ausgestaltungsform schränkt zwar den für das Wirksystem nutzbaren Raum ein, vereinfacht jedoch die Konstruktion gegenüber der Anordnung der Elektromagneten in der Flugkörpernase.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der jeweilige Elektromagnet einen die Feldlinien des Magneten konzentrierenden Kern aufweist und wenn auf der dem Kern gegenübergelegenen Seite der Flugkörpernase beziehungsweise des Korpus' ein Element aus einem magnetisierbaren Metall vorgesehen ist. Das Vorsehen eines derartigen Kerns, beispielsweise eines Eisenkerns, ermöglicht das Aufbringen einer hohen Magnetkraft, so dass mit minimalem Aufwand an elektrischer Energie eine reaktionsschnelle Verkippung der Flugkörpernase erzielt werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform weist der jeweilige Elektromagnet eine Spule auf, in die ein mit einer Betätigungsstange gekoppelter Tauchkörper eintaucht, wobei die Betätigungsstange an der dem Elektromagneten gegenüber gelegenen Seite der Flugkörpernase beziehungsweise des Korpus' angelenkt ist. Im Gegensatz zur vorher beschriebenen Ausführungsform, bei der die Magnetkraft den Abstand zwischen Korpus und Flugkörpernase überwinden muss, wird dieser Abstand bei dieser Ausführungsform von der Betätigungsstange überwunden und die Magnetkraft wirkt ausschließlich im Inneren des Elektromagneten auf den Tauchkörper. Diese Variante besitzt den Vorteil, dass keine zusätzlichen Verdrehmechanismen vorgesehen werden müssen, die ein Verdrehen der Flugkörpernase relativ zum Korpus um die Flugkörperlängsachse verhindern. Es ist auch möglich, beide Varianten der Elektromagnete, nämlich Elektromagnete mit einem die Feldlinien des Magneten konzentrierenden Kern und Elektromagnete mit Tauchkörper gemeinsam in einem erfindungsgemäßen lenkbaren Flugkörper zu verwenden.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Flugkörpernase mit in Längsrichtung verlaufenden und sich radial erstreckenden flossenartigen Rippen versehen ist. Durch das Vorsehen derartiger flossenartiger Rippen erhält die Flugkörpernase aerodynamische Steuerflächen, die eine von einem Elektromagneten als Aktuator eingeleitete Verkippung der Flugkörpernase durch das Angreifen aerodynamischer Kräfte an den Rippen verstärken können.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigt:

Fig. 1: eine erste Variante eines erfindungsgemäßen lenkbaren Flugkörpers im ungesteuerten Flug;
Fig. 2: einen Querschnitt durch den Flugkörper aus Fig. 1 entlang der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3.: den Flugkörper aus Fig. 1 in der Stellung für einen Kurvenflug;
Fig. 4: eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen lenkbaren Flugkörpers;
Fig. 5: eine Abwandlung der zweiten Variante aus Fig. 4;
Fig. 6: eine perspektivische Ansicht der zweiten Variante des erfindungsgemäßen lenkbaren Flugkörpers;
Fig. 7: eine dritte Variante des erfindungsgemäßen Flugkörpers;
Fig. 8: eine vierte Variante des erfindungsgemäßen Flugkörpers;
Fig. 8A: den Ausschnitt A aus Fig. 8 bei einer Kurvenflug-Stellung des Flugkörpers aus Fig. 8;
Fig. 9: eine fünfte Variante des erfindungsgemäßen Flugkörpers und
Fig. 10A bis 10C: drei schematische vektorielle Darstellungen der Steuerung eines erfindungsgemäßen Flugkörpers.

DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer lenkbarer Flugkörper in einer ersten Ausführungsform gezeigt. Dieser Flugkörper ist als aus einem rohrförmigen Werfer verschießbare lenkbare Granate ausgebildet. Der Flugkörper weist einen im wesentlichen rohrförmigen Korpus 1 sowie eine am Korpus 1 kippbewegbar angebrachte Flugkörpernase 2 auf. Der Korpus 1 verjüngt sich zu seinem von der Flugkörpernase 2 abgewandten Ende hin und weist dort einen rohrförmigen Heckabschnitt 10 auf, von dem sich Flossen 12 eines Stabilisierungsleitwerks in Radialrichtung zur Flugkörperlängsachse X erstrecken. Der rohrförmige Heckabschnitt ist als Gasleitrohr für die Abgase eines im Korpus 1 untergebrachten Raketenmotors (nicht gezeigt) ausgebildet und weist an seinem rückwärtigen Ende eine Lavaldüse 11 als Austrittsdüse auf.
Die der Flugkörpernase 2 zugewandte Stirnseite 14 des Korpus' 1 ist zur Mitte hin kegelförmig vertieft ausgebildet, sodass der Umfangsrand der vorderen Stirnfläche 14 weiter nach vorne, zur Flugkörpernase 2 hin, vorsteht als das Zentrum der Stirnfläche 14 im Bereich der Längsachse X.
Im Korpus 1 sind im Bereich der Stirnfläche 14 vier Elektromagnete 30, 32, 34, 36 einer Aktuatoranordnung 3 gleichmäßig um die Längsachse X herum angeordnet, wie in Fig. 2 zu sehen ist. Jeder der Elektromagnete 30, 32, 34, 36 weist einen Eisenkern als einen die Feldlinien des Magneten konzentrierenden Kern 30', 32', 34', 36' auf, der jeweils von einer Spule 30", 32", 34", 36" umgeben ist und in die Stirnfläche 14 mündet.
Die im Beispiel der Fig. 2 gezeigten vier Elektromagneten 30, 32, 34, 36 sind so um die Längsachse X des Flugkörpers herum angeordnet, dass die Wirkrichtungen zweier bezüglich der Längsachse X einander gegenüber gelegener Elektromagnete 30, 34; 32, 36 in zwei rechtwinklig zueinander stehenden Wirkrichtungsebenen W1 und W2 liegen, die einander in der Längsachse X des Flugkörpers schneiden.
Im Zentrum der vorderen Stirnfläche 14 ist ein in Richtung der Längsachse X aus der Stirnfläche 14 hervorstehender Lagerzapfen 4 angebracht, der an seinem von der Stirnfläche 14 abgewandten Ende mit einem Kugelkopf 40 versehen ist. Der Lagerzapfen weist einen mit dem Kugelkopf 40 verbundenen Schaft 42 auf, der sich in Richtung der Längsachse X erstreckt und in einer zentralen Axialbohrung, die in der Stirnfläche 14 des Korpus' 1 ausgebildet ist, befestigt ist.
Auf dem Kugelkopf 40 des Lagerzapfens 4 ist die Flugkörpernase 2 derart gelenkig gelagert, dass sich die Flugkörpernase 2 um den Kugelkopf 40 herum in alle Richtungen quer zur Längsachse X kippen lässt.
Zur Aufnahme des Lagerzapfens 4 ist die Flugkörpernase 2 an ihrer dem Korpus 1 zugewandten rückwärtigen Stirnfläche 20 mit einer sich nach innen verjüngenden Ausnehmung 22 versehen, die im Inneren der Flugkörpernase 2 in einen kugelförmigen Hohlraum 24 mündet, der den Kugelkopf 40 des Lagerzapfens 4 aufnimmt. Der kleinste Durchmesser der Ausnehmung 22 befindet sich dort, wo die Ausnehmung 22 in den kugelförmigen Hohlraum 24 übergeht und besitzt einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des Kugelkopfs 40, sodass die Flugkörpernase 2 mittels des Lagerzapfens 4 am Korpus 1 bis auf die erwähnte Kippbarkeit fixiert ist.
In der rückwärtigen Stirnfläche 20 der Flugkörpernase 2 sind, den Eisenkernen 30', 32', 34', 36' der Elektromagnete 30, 32, 34, 36 gegenüber gelegen, Elemente 38, 38' aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise Eisenplättchen, in eine entsprechende Vertiefung der rückwärtigen Stirnfläche 20 eingesetzt.
Spiralförmige Druckfedern 39, 39' sind zwischen dem Außenumfang des Schaftes 42 des Lagerzapfens 4 und der Wandung der Ausnehmung 22 in der Flugkörpernase 2 eingesetzt. Diese Druckfedern 39, 39' dienen einerseits dazu, die Flugkörpernase 2 in ihre in Fig. 1 dargestellte, nicht ausgelenkte Position vorzuspannen, und andererseits verhindern die Federn 39, 39' eine Rotation der Flugkörpernase 2 um die Längsachse X. Die Erfindung ist nicht auf spiralförmige Druckfedern beschränkt; auch andere geeignete Federn, zum Beispiel Blattfedern, können verwendet werden.
Die Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßem lenkbaren Flugkörpers wird nun anhand der Fig. 3 erläutert.
Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an einen oder mehrere der Elektromagnete 30, 32, 34, 36 kann die Flugkörpernase 2 um den Kugelkopf 40 zur Seite geneigt werden, so dass die Achse X' der Flugkörpernase 2 in einem Winkel α zur Achse X des Flugkörpers steht. Durch diese Auslenkung der Flugkörpernase 2 um den Winkel α werden von der parallel zur Achse X auf den Flugkörper auftreffenden Luftströmung asymmetrische Kräfte auf die Flugkörpernase 2 aufgebracht, die dazu führen, dass der Flugkörper eine Kurve zu der Seite fliegt, zu der die Flugkörpernase 2 ausgelenkt ist. In Fig. 3 ist am Beispiel einer Aktivierung der Spule 34" des Elektromagneten 34 eine derartige Verschwenkung der Flugkörpernase 2 dargestellt. Der Pfeil A symbolisiert die Versorgung der Spule 34" mit elektrischer Energie. Die durch den in der Spule 34" fließenden Strom erzeugten magnetischen Feldlinien werden durch den Kern 34' konzentriert und aufgrund der dadurch entstehenden magnetischen Anzugskraft wird das dem magnetischen Kern 34' gegenüber gelegene Element 38' aus magnetisierbarem Material, welches fest in der Flugkörpernase 2 angebracht ist, angezogen, woraufhin sich die Flugkörpernase 2 sich um den Winkel α gegen die Kraft der Druckfeder 39' nach rechts neigt, so dass der Flugkörper daraufhin eine Rechtskurve fliegt. Wird der elektrische Stromfluss zur Spule 34" unterbrochen, so wird der magnetische Fluss im Kern 34' unterbrochen und die Flugkörpernase schwenkt aufgrund der Kraft der Feder 39' zurück in die in Fig. 1 gezeigte Ausgangsposition.
Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten erfindungsgemäßen Flugkörpers. Auch bei dieser abgewandelten Ausführungsform ist die Flugkörpernase 102 auf dem Kugelkopf 140 des wie im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Lagerzapfens 104 allseits kippbar gelagert.
Im Korpus 101 sind auf dieselbe Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel vier Elektromagneten vorgesehen, von denen in Fig. 4 jedoch nur zwei Elektromagneten 130, 134 gezeigt sind. Diese Elektromagneten 130, 134 sind im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel nicht mit einem Eisenkern versehen, sondern mit einer Tauchspule 130", 134" ausgebildet, in welche ein Tauchkörper 130', 134' durch die bei Anlegen einer Spannung an die zugeordnete Spule 130", 134" von der Spule 130", 134" erzeugte magnetische Kraft in Richtung des Pfeils B1 beziehungsweise B2 hineinbewegbar ist.
Der Tauchkörper 130', 134' ist mit einer Betätigungsstange 131, 135 versehen, die sich vom aus der Spule 130", 134" herausstehenden Ende des Tauchkörpers 130', 134' in Richtung auf die Flugkörpernase 102 erstreckt und aus der vorderen Stirnfläche 114 heraustritt. Das freie Ende der jeweiligen Betätigungsstange 131, 135 ist in einer zugeordneten Ausnehmung 121, 125 in der rückwärtigen Stirnfläche 120 der Flugkörpernase 102 gelenkig gelagert.
Durch Aktivieren einer der Spulen 130", 134" (oder einer der nicht gezeigten, dazu orthogonalen Spulen) kann die Flugkörpernase 102 mittels des in die Tauchspule 130" beziehungsweise 134" eintretenden Tauchkörpers 130', 134' auf die gleiche Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel gekippt werden. Das Zurückschwenken der gekippten Flugkörpernase 102 in die in Fig. 4 gezeigte Ausgangsposition erfolgt durch Aktivieren der jeweils gegenüber gelegenen Tauchspule 134" beziehungsweise 130". Daher werden keine Druckfedern wie im ersten Ausführungsbeispiel benötigt. Die Betätigungsstangen 131, 135 verhindern außerdem eine Rotation der Flugkörpernase 102 um die Flugkörperlängsachse X.
Im Beispiel der Fig. 4 ist die Flugkörpernase außerdem mit vier um die Achse X' der Flugkörpernase herum angeordneten flossenartigen Rippen 126, 127, 128, 129 versehen, die um die Längsachse X' der Flugkörpernase 102 herum in einem Winkel von jeweils 90° gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind, wie in Fig. 6 zu erkennen ist.
In Fig. 6 ist außerdem zu erkennen, dass der Heckabschnitt des Flugkörpers dieses Ausführungsbeispiels in der gleichen Weise mit Flossen 112 versehen ist, wie im ersten Ausführungsbeispiel. Der Aufbau des Heckabschnitts des in Fig. 4 gezeigten Flugkörpers entspricht somit dem in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Heckabschnitt des Flugkörpers.
Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des in Fig. 4 gezeigten Beispiels. Der Korpus 201 und die Flugkörpernase 202 sind in gleicher Weise aufgebaut, wie im Beispiel der Fig. 4. Auch die Betätigung der Flugkörpernase 202 erfolgt nach demselben Prinzip wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 mit Tauchspulen und Tauchkörpern, die über Betätigungsstangen an der Flugkörpernase 202 angelenkt sind. Es ist jedoch im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 für jede der Wirkrichtungsebenen W1, W2 nur eine einzige Betätigungseinheit vorgesehen, von denen hier nur die in der Wirkrichtungsebene W1 gelegene Betätigungseinheit 203 dargestellt ist. Die in der senkrecht dazu verlaufenden Wirkrichtungsebene W2 gelegene (nicht gezeigte) Betätigungseinheit ist in derselben Weise ausgestaltet.
Die Betätigungseinheit 203 weist zwei parallel zur Flugkörperachse X hintereinander gelegene Spulen 230, 234 auf, die entgegengesetzte magnetische Kräfte erzeugen können. Ein Tauchkörper 233 ist im in Fig. 5 gezeigten Geradeausflugzustand des Flugkörpers mittig zwischen den beiden Tauchspulen 230, 234 angeordnet und über eine Betätigungsstange 235, die gelenkig in der Flugkörpernase 202 gelagert ist, mit dieser verbunden.
Durch Aktivierung entweder der oberen Tauchspule 230 oder der unteren Tauchspule 234 kann der Tauchkörper 233 entweder in die obere Spule 230 oder in die untere Spule 234 gezogen werden, wie durch den Doppelpfeil C veranschaulicht ist. Die Betätigungsstange 235 wird somit entweder nach oben oder nach unten geschoben, so dass die Flugkörpernase 202 entweder nach links oder nach rechts aus der in Fig. 5 gezeigten Darstellung ausgelenkt wird. Eine Rückkehr aus der ausgelenkten Position erfolgt durch Aktivierung beider Spulen 230, 234, wodurch der Tauchkörper 233 wieder in seine Mittellage gebracht wird.
Die Flugkörpernase 202 des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels ist in derselben Weise aufgebaut wie die Flugkörpernase in Fig. 4, insbesondere mit den in Fig. 6 dargestellten flossenartigen Rippen versehen. Grundsätzlich kann aber sowohl die Ausführungsform der Fig. 4, als auch die Ausführungsform der Fig. 5 mit der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten Flugkörpernase ohne Rippen ausgestattet sein. Zudem kann auch die im ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 gezeigte Flugkörpernase mit den in den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 bis 6 gezeigten Rippen versehen sein.
In den Fig. 7 bis 9 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flugkörpers dargestellt, die sich grundsätzlich von den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 6 unterscheidet. Bei den Ausführungsformen gemäß der Fig. 7 bis 9 sind die Elektromagnete nicht im Korpus, sondern in der Flugkörpernase angeordnet. Um die in der Flugkörpernase angeordneten Elektromagnete mit elektrischer Spannung zu versorgen, ist der jeweilige Lagerzapfen für die Flugkörpernase mit einer zentralen Axialbohrung versehen, durch die die elektrischen Versorgungsleitungen für die Elektromagnete bis in die Flugkörpernase hindurchgeführt sind. In den Beispielen der Fig. 7 bis 9 sind wie im Beispiel der Fig. 1 bis 4 jeweils zwei Elektromagneten in einer der Wirkrichtungsebenen W1, W2 vorgesehen, wobei die Elektromagneten jeder Wirkrichtungsebene bezüglich der Flugkörperlängsachse einander gegenüber gelegen sind. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, einen analog dem Beispiel der Fig. 5 ausgebildeten, doppelt wirkenden Elektromagneten auf jeweils einer Seite pro Wirkrichtungsebene in der Flugkörpernase vorzusehen.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die in der Flugkörpernase 302 vorgesehenen Elektromagnete, von denen hier nur die in der Wirkrichtungsebene W1 gelegenen Elektromagnete 330, 334 dargestellt sind, eine Spule 330", 334" und einen die magnetischen Feldlinien konzentrierenden Kern 330', 334', beispielsweise einem Eisenkern, aufweisen.
Die jeweiligen Elektromagneten 330, 334 sind derart in der Flugkörpernase 302 angeordnet, dass ihr Kern 330', 334' in die Oberfläche der Ausnehmung 322 im Inneren der Flugkörpernase 302 mündet oder geringfügig aus dieser Oberfläche hervorsteht. Dem jeweiligen Elektromagneten 330, 334 gegenüber gelegen ist jeweils ein Bereich des Lagerzapfens 304, welcher mit einem Element 338, 338' aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise einem Eisenplättchen, versehen ist. Alternativ kann auch der Lagerzapfen 304 aus einem solchen Material bestehen, so dass es der Elemente 338, 338' nicht bedarf.
Zwischen der Wand der Ausnehmung 322 und dem Lagerzapfen 304 sind wie im Beispiel der Fig. 1 in jeder der Wirkrichtungsebenen W1 und W2 beiderseits der Flugkörperlängsachse X zwei Druckfedern 339, 339' vorgesehen, die die Flugkörpernase 302 in der in Fig. 7 gezeigten Geradeausflugposition halten und die bei Aktivierung eines der Elektromagneten 330, 334 eine Rückstellkraft aufbauen, welche die Flugkörpernase 302 nach der Deaktivierung der Elektromagnete 330, 334 wieder in die Ausgangsposition zurückführen.
Die Flugkörpernase 302 ist wie im Beispiel der Fig. 1 bis 4 auf einem Kugelkopf 340 am oberen Ende des Lagerzapfens 304 schwenkbar gelagert. Zur Durchführung der elektrischen Zuleitungen aus dem Korpus 301 zu den in der Flugkörpernase 302 gelegenen Elektromagneten ist der Lagerzapfen 304 mit einer durchgehenden Axialbohrung 342 versehen.
Des Weiteren ist ein gekrümmter Führungsstift 344 vorgesehen, der mit dem Lagerzapfen 304 fest verbunden ist und sich seitlich gekrümmt aus diesem heraus erstreckt. Der Krümmungsmittelpunkt des Führungsstifts 344 liegt in der Mitte des Kugelkopfes 340. Der gekrümmte Führungsstift 344 greift in eine angepasst gekrümmte Kulissenausnehmung 321 in der Flugkörpernase 302 ein, welche in der Innenwand der Ausnehmung 322 der rückwärtigen Fläche 320 der Flugkörpernase 302 vorgesehen ist. Der gekrümmte Führungsstift 344 und die angepasst gekrümmte Ausnehmung 321 bilden eine Verdrehsicherung, die verhindert, dass sich die Flugkörpernase 302 um die Flugkörperlängsachse X dreht.
Die Ausführungsform nach Fig. 8 entspricht bezüglich des Aufbaus und der Anordnung der Elektromagnete 330, 334 dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7, so dass diesbezüglich auf die Beschreibung zu Fig. 7 Bezug genommen wird. Es fehlen im Ausführungsbeispiel der Fig. 8 lediglich die Druckfedern 339, 339' sowie der Führungsstift 344 mit der zugeordneten Ausnehmung 321. Stattdessen sind in der Ausführungsform der Fig. 8 einer jeden Wirkrichtungsebene W1, W2 zugeordnet auf zwei bezüglich der Flugkörpedängsachse X voneinander abgewandten Seiten zwei elastische Pufferkörper 316, 318 vorgesehen, die in jeweils eine Ausnehmung 317, 319 in der vorderen Stirnfläche 314 des Korpus' 301 eingesetzt sind. Die Pufferkörper 316, 318 stehen aus der vorderen Stirnfläche 314 des Korpus' 301 nach vorne hervor und greifen in eine zugeordnete Ausnehmung 326, 328 in der rückwärtigen Stirnfläche 320 der Flugkörpernase 302 ein.
Wie in Fig. 8A zu sehen ist, wird bei einer Auslenkung der Flugkörpernase 302 der auf der Seite, zu der sich die Flugkörpernase 302 neigt, gelegene elastische Pufferkörper 318 komprimiert und baut durch diese elastische Verformung Rückstellkräfte auf, die nach Beendigung der Aktivierung des entsprechenden Elektromagneten 334 die Flugkörpernase 302 wieder in die in Fig. 8 gezeigte Ausgangsposition zurückführen.
Fig. 9 zeigt eine gegenüber den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 und 8 abgewandelte Ausführungsform, bei welcher die Elektromagnete 430, 434 der Wirkungsebene W1 sowie die weiteren nicht gezeigten Elektromagnete in der Wirkrichtungsebene W2 genauso aufgebaut sind wie die Elektromagnete im Ausführungsbeispiel der Fig. 4. Jeder Elektromagnet 430, 434 ist dazu mit einer Tauchspule 430", 434" sowie einem in die Tauchspule 430", 434" eintauchenden Tauchkörper 430', 434' versehen. Jeder der Tauchkörper 430', 434' ist an seinem aus der zugeordneten Tauchspule 430", 434" herausragenden Ende mit einer Betätigungsstange 431, 435 versehen, die mit ihrem freien Ende im Lagerzapfen 404 gelagert ist. Die Funktionsweise der Elektromagneten 430, 434 entspricht der Funktionsweise im Beispiel der Fig. 4.
In Fig. 9 ist zusätzlich eine alternative Anbindung der Flugkörpernase 402 an den im Korpus 401 verankerten Lagerzapfen 404 gezeigt. Diese Anbindung kann auch bei allen anderen bislang beschriebenen Varianten vorgehen sein. Genauso kann auch die Variante der Fig. 9 mit der in den anderen Ausführungsbeispielen gezeigten Kugelkopflagerung versehen sein.
Der Lagerzapfen 404 ist an seinem aus dem Korpus 401 hervorstehenden freien Ende mit einem elastischen, biegbaren Federstift 448 versehen, der aus dem freien Ende des Lagerzapfens 404 hervorsteht und in einer zugeordneten Bohrung 428 der Flugkörpernase 402 befestigt ist. Die Flugkörpernase 402 kann auf diese Weise um das im Zwischenraum zwischen der Flugkörpernase 402 und dem freien Ende des Lagerzapfens 404 vom Federstift 448 gebildete Gelenk allseitig gekippt werden, wie durch den Doppelpfeil D symbolisiert ist.
Bei den in den Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Flugkörpernase 302, wie im Beispiel der Fig. 6 gezeigt, mit entsprechenden Rippen ausgebildet sein, um die durch die Auslenkung der Flugkörpernase bewirkten aerodynamischen Steuerkräfte zu verstärken.
Alle angegebenen Ausführungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Flugkörpers gestatten grundsätzlich eine technisch sehr einfache und damit kostengünstige Ausgestaltung sowohl der aerodynamischen Auftriebserzeugung zur Generierung der notwendigen Steuerkräfte als auch der einfachen und kostengünstigen Gestaltung der notwendigen Aktuatoren.
Die aerodynamische Verstärkung der Steuerkräfte kann durch die Gestaltung der Flugkörpernase auf unterschiedliche Weise bewirkt werden. Die einfachste Ausführung ist die Bugnase in Form einer Ogive (wie in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 gezeigt), eines Paraboloids oder eines Kegels. Zur Auftriebsverstärkung können unterschiedlich groß ausgeprägte Rippen oder Flossen an der Flugkörpernase ausgebildet sein, wie es in den Beispielen der Fig. 4 bis 6 gezeigt ist.
Die am Heck des Flugkörpers vorgesehenen Stabilisierungsflossen 12, 112, die bei allen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein können, können auf unterschiedliche Art ausgestaltet sein. Die einfachste Ausführung besteht aus mindestens drei festen Flossen, deren radiale Erstreckung nicht über den radialen Außenumfang des Korpus' des Flugkörpers hinausgeht. Auf diese Weise bleibt der Flugkörper von seinen Außenumfangsabmessungen her aus einem Startrohr verschießbar. Eine alternative Möglichkeit sind ausklappbare Flossen mit deutlich größerer Spannweite und damit entsprechend höherer aerodynamischer Stabilisierungswirkung. Die Art der Flossen ist beliebig mit der Art der Ausgestaltung der Flugkörpernase kombinierbar.
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Flugkörpers besteht darin, dass anstelle einer aufwendigen mechatronischen Aktuatorik zur Lenkung des Flugkörpers nur Aktuatoren in Form von Elektromagneten in unterschiedlichsten technischen Ausführungen in Verbindung mit einer beweglichen Flugkörpernase zum Einsatz kommen. Das funktionale Grundprinzip besteht somit darin, dass ein vorgegebener Winkelausschlag der aerodynamisch wirksamen Flugkörpernase ausschließlich durch die von einem oder mehreren Elektromagneten erzeugten Magnetfelder bewirkt wird. Der Winkelausschlag der Flugkörpernase ist beispielsweise diskret und nicht variierbar. Größere Abweichungen der Flugbahn des erfindungsgemäßen Flugkörpers von einer Sollflugbahn werden durch zeitlich länger anhaltende aerodynamische Steuerausschläge der Flugkörpernase kompensiert. Der Winkelausschlag der Flugkörpernase wird nach dem Abschalten eines auf einen entsprechenden Elektromagneten einwirkenden definierten Steuerkommandos entweder durch eine elastische Rückstellkraft aufgehoben oder durch ein neues Steuerkommando, zum Beispiel lateral dazu, initiiert.
Es bedarf zur Steuerung des erfindungsgemäßen Lenkflugkörpers somit keiner zusätzlichen Steuerflächen oder Ruder und keiner miniaturisierten Stellmotoren; es werden lediglich einfachste Elektromagnete benötigt.
Die Fig. 10A bis 10C zeigen drei Beispiele der Steuerung des erfindungsgemäßen Flugkörpers, wobei die dünnen auf den stilisierten Umfang des Flugkörpers weisenden Pfeile a, b, c, d, symbolisch für die Beaufschlagung des jeweiligen Elektromagneten (zum Beispiel der Elektromagneten 30, 32, 34, 36) mit einer elektrischen Spannung stehen. Die Länge der dünnen Pfeile entspricht dabei der Höhe der angelegten elektrischen Spannung oder der zeitlichen Dauer der Aktivierung des zugeordneten Elektromagneten. Der breite konturiert dargestellte Pfeil Z gibt jeweils die aus der entsprechenden Aktivierung der Elektromagneten resultierende Richtungsänderung der Flugbahn des Flugkörpers an.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

Bezugszeichenliste

Es bezeichnen:

1: Korpus
2: Flugkörpernase
3: Aktuatoranordnung
4: Lagerzapfen
11: Lavaldüse
12: Flosse
14: Stirnfläche
20: Stirnfläche
22: Ausnehmung
24: Hohlraum
30, 32, 34, 36: Elektromagnet
30', 32', 34', 36': Eisenkern
30", 32", 34", 36": Spule
38, 38': Element
39, 39': Feder
40: Kugelkopf
42: Schaft
101: Korpus
102: Flugkörpernase
104: Lagerzapfen
112: Flossen
114: vordere Stirnfläche
120: rückwärtige Stirnfläche
121, 125: Ausnehmung
126, 127, 128, 129: flossenartige Rippe
130, 134: Elektromagnet
130', 134': Tauchkörper
130", 134": Tauchspule
131, 135: Betätigungsstange
140: Kugelkopf
201: Korpus
202: Flugkörpernase
203: Betätigungseinheit
230,234: Tauchspule
233: Tauchkörper
235: Betätigungsstange
301: Korpus
302: Flugkörpernase
304: Lagerzapfen
314: vordere Stirnfläche
316, 318: elastischer Pufferkörper
317,319: Ausnehmung in der vorderen Stirnfläche 314
320: rückwärtigen Fläche der Flugkörpernase 302
321: gekrümmte Kulissenausnehmung
322: Ausnehmung
326, 328: Ausnehmung in der rückwärtigen Stirnfläche 320
330, 334: Elektromagnet
330', 334': Kern
330", 334": Spule
338, 338': Element
339, 339': Druckfeder
340: Kugelkopf
342: Axialbohrung
344: Führungselement
401: Korpus
402: Flugkörpernase
404: Lagerzapfen
428: Bohrung
430,434: Elektromagnet
430', 434': Tauchkörper
430", 434": Tauchspule
431,435: Betätigungsstange
448: elastischer, biegbarer Federstift

W1, W2: Wirkrichtungsebenen
X: Flugkörperlängsachse
X': Achse der Flugkörpernase

Claims

Lenkbarer Flugkörper, insbesondere aus einem Werfer verschießbarer lenkbarer Raketenflugkörper, mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Korpus (1; 101; 201; 301; 401) sowie einer kippbewegbar am Korpus (1; 101; 201; 301; 401) angebrachten Flugkörpernase (2; 102; 202; 302; 402), deren Neigungswinkel zur Flugkörperlängsachse (X) mittels zumindest eines Aktuators veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aktuator von einem Elektromagneten (30, 32, 34, 36; 130, 134; 230, 234; 330, 334; 430, 434) gebildet ist und
dass die Flugkörpernase (102) mit in Längsrichtung verlaufenden und sich radial erstreckenden flossenartigen Rippen (126, 127, 128, 129) versehen ist.
Lenkbarer Flugkörper nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Elektromagnet (30, 34; 330, 334; 430, 434) gegen die Kraft eines zugeordneten elastischen Rückstellelements (39, 39'; 339, 339'; 316, 318; 448), vorzugsweise einer Rückstellfeder, wirkt.
Lenkbarer Flugkörper nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei oder drei als Elektromagnete ausgebildete Aktuatoren vorgesehen sind, die bezüglich der Flugkörperlängsachse (X) in einem Winkel zueinander angeordnet sind, so dass die Wirkrichtungen der Elektromagnete jeweils in einer Ebene liegen, wobei diese Wirkrichtungsebenen (W1, W2) in einem Winkel zueinander, bei zwei Elektromagneten vorzugsweise im rechten Winkel und bei drei Elektromagneten vorzugsweise im Winkel von 120° zueinander, liegen.
Lenkbarer Flugkörper nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass vier als Elektromagnete (30, 32, 34, 36) ausgebildete Aktuatoren vorgesehen sind, die jeweils einem Quadranten der Flugkörpernase (2) zugeordnet sind.
Lenkbarer Flugkörper nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Wirkrichtungen von jeweils zwei Elektromagneten (30, 34; 32, 36) der vier Elektromagnete in einer gemeinsamen Wirkrichtungsebene (W1; W2) liegen,

- dass die beiden Wirkrichtungsebenen (W1, W2) im rechten Winkel zueinander liegen und

- dass die Wirkrichtungen der jeweils einer Wirkrichtungsebene (W1; W2) zugeordneten Elektromagnete (30, 34; 32, 36) eine entgegengesetzt gerichtete Wirkrichtungskomponente aufweisen.
Lenkbarer Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweilige Elektromagnet (330, 334; 430, 434) in der Flugkörpernase (302; 402) angeordnet ist.
Lenkbarer Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweilige Elektromagnet (30, 32, 34, 36; 130, 134; 230, 234) im Korpus (1; 101; 201) angeordnet ist.
Lenkbarer Flugkörper nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der jeweilige Elektromagnet (30, 32, 34, 36; 330, 334) einen die Feldlinien des Magneten konzentrierenden Kern (30', 32', 34', 36'; 330', 334') aufweist und

- dass auf der dem Kern (30', 32', 34', 36'; 330', 334') gegenübergelegenen Seite der Flugkörpernase (2) beziehungsweise des Korpus' (301) ein Element (38, 38'; 338, 338') aus einem magnetisierbaren Metall vorgesehen ist.
Lenkbarer Flugkörper nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweilige Elektromagnet (130, 134; 230, 234; 430, 434) eine Spule (130", 134"; 230", 234"; 430", 434") aufweist, in die ein mit einer Betätigungsstange (131, 135; 235; 431, 435) gekoppelter Tauchkörper (130', 134'; 233; 430' 434') eintaucht, wobei die Betätigungsstange (131, 135; 235; 431, 435) an der dem Elektromagneten (130, 134; 230, 234; 430, 434) gegenübergelegenen Seite der Flugkörpernase (102; 202) beziehungsweise des Korpus' (401) angelenkt ist.