EP3086078B1 - Flugkörperrudersystem - Google Patents

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EP3086078B1
EP3086078B1 EP16000795.1A EP16000795A EP3086078B1 EP 3086078 B1 EP3086078 B1 EP 3086078B1 EP 16000795 A EP16000795 A EP 16000795A EP 3086078 B1 EP3086078 B1 EP 3086078B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rudder
shaft
drive
missile
housing
Prior art date
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Active
Application number
EP16000795.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3086078A1 (de
Inventor
Hagen Kempas
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.)
Diehl Defence GmbH and Co KG
Original Assignee
Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diehl Defence GmbH and Co KG filed Critical Diehl Defence GmbH and Co KG
Publication of EP3086078A1 publication Critical patent/EP3086078A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3086078B1 publication Critical patent/EP3086078B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • F42B10/62—Steering by movement of flight surfaces
    • F42B10/64—Steering by movement of flight surfaces of fins

Definitions

  • the invention relates to a missile steering system comprising a rudder housing, a rudder shaft rotatably mounted in the rudder housing, a rudder blade secured to the rudder shaft, a rudder drive and a coupling unit coupling the rudder drive to the rudder shaft such that movement of the rudder drive generates rotation of the rudder shaft.
  • a missile steering system is for example from the EP 0 529 796 A1 known.
  • Guided missiles have rudders at the bow or at the stern, with which their flight is steered and they drive so a predetermined destination.
  • To move a missile rudder missiles are equipped with a rudder drive, which initiates forces via a coupling unit for deflecting the rudder in the rudder. Due to the high flying speeds of a guided missile, very high forces act on a rudder of the guided missile, in particular during strong steering movements. An oar must therefore be able to be moved reliably and accurately against high opposing forces.
  • a missile steering system according to the features of patent claim 1, in which the coupling unit has at least one flexible traction element attached to the rudder drive, which is rolled up to some extent onto the rudder shaft.
  • a high force can be safely applied from the rudder drive via the coupling unit to the rudder with little play and low hysteresis.
  • rolling up a simple transfer of For example, a translational movement are generated in a rotational movement connected to an at least low-play connection between the coupling unit and the rudder shaft.
  • the rotational movement of the rudder shaft can be achieved in both directions by a single tension element, which is guided around at least substantially all around the rudder shaft and is attached with its two free ends to the rudder drive. Also possible is the provision of two tension elements, which are each intended for a single pulling direction. These are expediently in each case in opposite directions partly rolled up on the rudder shaft, so that each of the two tension elements can direct the train in one direction to the rudder shaft. Upon rotation of the rudder shaft is accordingly rolled up a tension element on the rudder shaft and the other of the rudder shaft unrolled. With only a single tension element is rotated at a rotation of the rudder shaft, one end of the tension member to the rudder shaft, and the other end is unrolled.
  • the tension member may be a strand, a band, a flexible rack or a toothed belt or the like.
  • the tension element is at least predominantly made of steel, in particular as a steel strip, so that high forces between the rudder drive and the rudder shaft can be transmitted.
  • the rudder drive is a translational drive with a piston unit, and the pulling element is attached to the piston unit.
  • the piston unit can move in a translational movement in a drive housing and extend again, so that the tension element at least one end carries out the translational movement of this extension and retraction with.
  • a translational drive By means of a translational drive, a movement for articulating the rudder shaft can be generated in a simple and very precise manner.
  • the translation drive is expediently a spindle drive, wherein the piston unit is expediently rotationally free during its translational movement.
  • the tension element can for example be screwed to the piston unit or be fastened in a different manner in a form-fitting, material-locking or one-piece manner to the piston unit.
  • the tension element is designed in one piece with the piston unit. It can thereby be achieved in a position particularly precise attachment of the tension member to the piston unit.
  • a mounting can be kept simple.
  • the tension element can be obtained, for example, by the method of Wire erosion are solved on one side of the body of the piston unit, wherein the other end of the tension member remains integrally connected to the piston unit.
  • a particularly simple design of the coupling unit can be achieved if the coupling unit has two inter-engaging piston pieces, which are expediently mounted to each other displaceable. On each of the two piston pieces, a tension element may be fastened, or in each case one end of the tension element may be fastened with only one tension element revolving around the rudder shaft.
  • the coupling unit has a clamping element, with which the two piston pieces are braced against each other, for example by being pressed apart.
  • the bracing element may be a threaded element which is screwed into one of the piston pieces and which pushes out by screwing the other piston piece from the former.
  • the tension element is thicker in the region of the attachment than in the winding region, in particular radially to the rudder shaft is thicker than in the winding region.
  • a break at an attachment point for example, an end of an incision between the tension element and the integral with him element of the rudder drive, can be counteracted by the thickening.
  • the tension element is fastened to an element of the rudder drive and a winding region of the tension element is separated by a gap from the element of the rudder drive and the tension element in the region of the gap is radially thickening towards the gap end, in particular towards the rudder shaft ,
  • the tension element is expediently thicker from the winding region to the gap end, in particular continuously thicker, whereby a break at the end of the gap can be effectively counteracted.
  • the space for the rudder mechanism in the missile can be very limited, so that a compact design is beneficial.
  • the rudder drive is a translational drive with a piston unit and a piston housing and the tension element together with the piston unit in the Extends piston housing.
  • the piston unit moves into the piston housing, one end of the tension element moves inside the piston housing and a region of the tension element moves into the piston housing.
  • the winding area can thereby be arranged very close to and in particular partially in the piston housing.
  • the invention relates to a missile steering system of the type mentioned, which can be kept particularly compact, that the rudder shaft according to the invention via an outer radial bearing on the rudder housing and a mecanicradiallager at least indirectly attached to the rudder housing.
  • the inner radial bearing is expediently held on an inner housing, for example an engine housing or engine tube.
  • a bearing needle roller bearings are particularly suitable because they can be designed radially small construction and withstand high loads.
  • the compactness of the missile rudder system it is also conducive if the mecanicallager is disposed at the axial height of the tension element.
  • the axial height refers to the axial direction of the rudder shaft. While the rudder shaft is held from the inside by the réelleradiallager, the tension element from the outside can at least partially surround the rudder shaft.
  • a simple assembly can be made possible if the rudder shaft is placed on its side facing away from the rudder blade on a holding unit and held axially form-fitting thereto.
  • the positive connection can be achieved, for example, by rotating the rudder shaft on the holding unit.
  • the rudder shaft and the holding unit form an axial sliding bearing. Due to the low axial forces this can be kept free of rotating bodies and thus remain simple.
  • the holding unit may be, for example, an engine casing or engine tube.
  • the rudder shaft is held radially on the holding unit by means of an inner radial bearing.
  • an axial bearing and a radial bearing can be compactly achieved.
  • the invention is also directed to a method of assembling a missile steering system according to claim 1 or any claim dependent thereon, wherein a rudder drive is mounted on a rudder housing is attached.
  • a particularly simple assembly can be achieved if a rudder shaft is inserted from the outside into the rudder housing and a flexible tension element of a coupling unit is attached to the rudder shaft.
  • the tension element is or is conveniently attached to the rudder drive.
  • the tension element is rolled up by rotating the rudder shaft on this. A part of the tension element can now rest on the outside of the rudder shaft, while another part is attached to the rudder drive.
  • the order of the method steps is arbitrary and can be suitably adapted to the construction.
  • a particularly simple axial retention of the rudder shaft can be achieved if it is axially fixed in an axially movable manner by the rotation of an inner thrust bearing.
  • the rudder shaft is plugged in the insertion into the rudder housing on a holding unit, which forms one half of the réelleaxiallagers.
  • FIG. 1 shows the rear part of a guided missile 2 with a missile steering system 4, which has four each arranged at 90 ° to each other staggered rudder 6 on a rudder housing 8.
  • the rudders 6 are each attached to a rudder shaft 10 which is inserted in the axial direction of its rudder 6 in the rudder housing 8.
  • the rudder shafts 10 are rotatably mounted in the axial direction of the rudder 6 within the rudder housing 8, so that the rudders 6 are rotatable, as in the example of the in FIG. 1 above illustrated rudder 6 is indicated.
  • a rudder 12 is at least partially arranged for each rudder 6.
  • the rudder drives 12 are spindle drives with a motor and a spindle which is rotated by the motor.
  • a control unit controls the motor in its forward or backward motion so that the spindle rotates in one or the other direction.
  • Screwed onto the spindle is a coupling unit 14, each having two piston units 16, 18 which are in FIG. 3 are shown clearly visible.
  • the two made of stainless steel piston units 16, 18 are each provided with a tension member 20, 22, which is in each case integral with its piston unit 16, 18.
  • the tension elements 20, 22 are each by a a gap 24 or 26 generating section cut from its piston unit 16, 18, so that the two tension members 20, 22 are each formed as a steel band.
  • the cuts were made by wire erosion in the corresponding piston unit 16, 18.
  • the piston unit 16 has an inner opening 28 into which the piston unit 18 is inserted.
  • a screwed into the piston unit 16 Verspannelement 30 serves as a stop of the introduced piston unit 18.
  • the tension member 20 is passed through a slot 32 of the tension member 20.
  • the two tension members 20, 22 are each provided at their end with a Garrausformung 34 and a holding means 36, with which they are anchored respectively in the rudder shaft 10, as seen from FIG. 2 can be seen.
  • the Halterausformungen 34 each engage in a recess of the rudder shaft 10, and the holding means 36, screws in this embodiment, hold the tension members 20, 22 and the Halterausformungen 34 in place.
  • the tension elements 20, 22 are placed a little way from the outside around the rudder shaft 10 and rolled up on this, as can be seen from the combination of the illustrations of FIGS. 2 and 3.
  • the rudder drive 12 is actuated by the drive motor, so that the spindle rotates and the piston unit 18 turned up on the spindle performs a translational movement 38.
  • the tension element 20 on the rudder shaft 10 which is arranged immovably in translation relative to the piston housing 40.
  • the rudder shaft 10 is thereby rotated about its axis.
  • the tension member 22 moves a little way into the piston housing, as shown in FIG. 3 you can see.
  • the piston unit 18 is maximally off pulled out the piston housing 40.
  • driving in one end of the tension element 22 is retracted into the piston housing 40.
  • the tension elements 20, 22 At the attachment point of the tension elements 20, 22 on their piston unit 16, 18, in particular at the end of the respective gap 24, 26, particularly high forces occur, which could cause tearing of a tension element 20, 22 of the corresponding piston unit 16, 18.
  • the tension elements 20, 22 in the radial direction toward the rudder shaft 10 are thickened toward their end with respect to the winding region of the corresponding tension element 20, 22.
  • the radial thickness of the tension member 20, 22 thus increases towards the end of the tension member 20, 22, which is attached to the piston unit 16, 18, to.
  • the tension element 20, 22 At the location of the gap end, the tension element 20, 22 is thereby at least twice as thick as in the winding area, so that the forces arising at the end of the gap are well absorbed by the thickness of the tension element 20, 22.
  • an engine duct 42 through which the exhaust jet of an engine of the steering missile 2 is passed during operation of the missile 2, attached to the rudder housing 8.
  • the engine tube 42 has for each rudder shaft on a holding unit 44, on which a réelleradiallager 46 is attached or is already. Subsequently, the rudder shaft 10 is inserted through the rudder housing 8 on the holding unit 44, so that the rudder shaft 10, the mecanicallager 46 overlaps.
  • the holding unit 44 has outwardly a bayonet-type recess 48 into which a corresponding counterpart of the rudder shaft 10 engages.
  • the counterpart engages the bayonet piece 48 of the holding unit 44, so that a positive connection in the axial direction of the rudder shaft 10 is formed and the rudder shaft 10 is fixed to the holding unit 44 in the axial direction.
  • the bayonet piece 48 forms with the corresponding counterpart of the rudder shaft 10 an axial sliding bearing, by which the rudder shaft 10 is held in the axial direction on the engine pipe 42. Via an outer radial bearing 50, which was already connected to the rudder shaft 10 before assembly, the rudder shaft 10 is held in the radial direction in the rudder housing 8.
  • Both the inner radial bearing 46 and the outer radial bearing 50 are realized by needle bearings.
  • the use of these very cheap and resilient bearings is possible because the coupling of the rudder shaft 10 to the rudder 12 is dimensionally very tolerant and no axial forces in the rudder shaft 10 passes.
  • the required axial guidance of the rudder shaft 10 is achieved with the sliding bearing surfaces.
  • the piston unit 16 is inserted with its tension member 20 in the rudder housing 8 from the rear to the front, and the rudder shaft 10 is rotated in such a position that the tension member 20 can be screwed with its designed as a screw holding means 36 with the rudder shaft 10.
  • This can be done by an appropriate tool through the in FIG. 1 shown rear opening of the rudder housing 8 done.
  • the rudder shaft is rotated by about 180 °, so that the piston unit 16 is pulled a little way into the rudder housing 8.
  • the rudder drive 12 can be inserted with the pre-assembled piston unit 18 from the front into the rudder housing 8, and the tension member 22 is threaded through the slot 32 of the tension member 20 therethrough.
  • the tension member 22 is screwed at the corresponding point of the rudder shaft 10 with this, as from FIG. 2 you can see.
  • the bracing member 30 is screwed into the piston unit 16 and the two tension members 20, 22 are firmly clamped to the rudder shaft 20.
  • the guided missile 2 During the operation of the guided missile 2 this flies towards a target and is directed by its seeker in conjunction with its control unit to the destination.
  • the control unit also controls the rudder drives 12 and thus a rudder movement of the rudder 6.
  • the coupling unit 14 with its two tension members 20, 22 the translational movement of the rudder drive 12 and the two piston units 16, 18 is converted into a rotational movement of the rudder shaft 10 and thus of the corresponding rudder 6.
  • This translation movement is transmitted by means of the coupling on the circumference of a cylindrical surface of the rudder shaft 10 from the tangential direction of the spindle of the rudder drive 12 in a circumferential direction of the rudder shaft 10.
  • the translation movement becomes a rotary movement.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Flugkörperrudersystem mit einem Rudergehäuse, einer im Rudergehäuse drehbar gelagerten Ruderwelle, einem an der Ruderwelle befestigten Ruderblatt, einem Ruderantrieb und einer Kopplungseinheit, die den Ruderantrieb so mit der Ruderwelle koppelt, dass eine Bewegung des Ruderantriebs eine Rotation der Ruderwelle erzeugt. Ein derartiges Flugkörperrudersystem ist beispielsweise aus der EP 0 529 796 A1 bekannt.
  • Lenkflugkörper weisen am Bug oder am Heck Ruder auf, mit denen ihr Flug gelenkt wird und sie so ein vorbestimmtes Ziel ansteuern. Zum Bewegen eines Flugkörperruders sind Lenkflugkörper mit einem Ruderantrieb ausgestattet, der über eine Kopplungseinheit Kräfte zum Auslenken des Ruders in das Ruder einleitet. Durch die hohen Fluggeschwindigkeiten eines Lenkflugkörpers wirken sehr hohe Kräfte an einem Ruder des Lenkflugkörpers, insbesondere bei starken Lenkbewegungen. Ein Ruder muss daher gegen hohe Gegenkräfte zuverlässig und exakt bewegt werden können.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flugkörperrudersystem anzugeben, mit dem hohe Kräfte auf ein Lenkflugkörperruder zuverlässig aufgebracht werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Flugkörperrudersystem gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst, bei dem die Kopplungseinheit zumindest ein am Ruderantrieb befestigtes, flexibles Zugelement aufweist, das ein Stück weit auf die Ruderwelle aufgerollt ist. Es kann eine hohe Kraft sicher vom Ruderantrieb über die Kopplungseinheit auf das Ruder aufgebracht werden bei geringem Spiel und geringer Hysteresebewegung. Durch das Aufrollen kann eine einfache Übertragung von beispielsweise einer Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung erzeugt werden verbunden mit einer zumindest spielarmen Verbindung zwischen der Kopplungseinheit und der Ruderwelle.
  • Die Rotationsbewegung der Ruderwelle kann in beide Richtungen durch ein einziges Zugelement erreicht werden, das zumindest im Wesentlichen ganz um die Ruderwelle herumgeführt ist und mit seinen beiden freien Enden am Ruderantrieb befestigt ist. Ebenfalls möglich ist das Vorsehen von zwei Zugelementen, die jeweils für eine einzige Zugrichtung bestimmt sind. Diese sind zweckmäßigerweise jeweils in einander entgegengesetzter Richtung teilweise auf die Ruderwelle aufgerollt, so dass jedes der beiden Zugelemente den Zug in eine Richtung auf die Ruderwelle leiten kann. Bei Rotation der Ruderwelle wird entsprechend ein Zugelement auf der Ruderwelle aufgerollt und das andere von der Ruderwelle abgerollt. Bei nur einem einzigen Zugelement wird bei einer Rotation der Ruderwelle ein Ende des Zugelements auf die Ruderwelle aufgerollt, und das andere Ende wird abgerollt.
  • Das Zugelement kann eine Litze, ein Band, eine flexible Zahnstange oder ein Zahnriemen oder dergleichen sein. Zweckmäßigerweise ist das Zugelement zumindest überwiegend aus Stahl gefertigt, insbesondere als ein Stahlband, so dass hohe Kräfte zwischen dem Ruderantrieb und der Ruderwelle übertragen werden können.
  • Der Ruderantrieb ist ein Translationsantrieb mit einer Kolbeneinheit, und das Zugelement ist an der Kolbeneinheit befestigt. Die Kolbeneinheit kann in einer Translationsbewegung in ein Antriebsgehäuse ein- und wieder ausfahren, so dass auch das Zugelement zumindest mit einem Ende die Translationsbewegung dieses Ein- und Ausfahrens mit ausführt. Durch einen Translationsantrieb kann auf einfache Weise und sehr präzise eine Bewegung zum Anlenken der Ruderwelle erzeugt werden. Der Translationsantrieb ist zweckmäßigerweise ein Spindelantrieb, wobei die Kolbeneinheit bei ihrer Translationsbewegung zweckmäßigerweise rotationsfrei ist. Das Zugelement kann beispielsweise mit der Kolbeneinheit verschraubt sein oder in einer anderen Weise formschlüssig, stoffschlüssig oder einstückig an der Kolbeneinheit befestigt sein.
  • Entsprechend der Erfindung ist das Zugelement einstückig mit der Kolbeneinheit ausgeführt. Es kann hierdurch eine in der Lage besonders präzise Befestigung des Zugelements an der Kolbeneinheit erreicht werden. Zudem kann eine Montage einfach gehalten werden. Das Zugelement kann beispielsweise durch das Verfahren der Drahterosion an einer Seite vom Körper der Kolbeneinheit gelöst werden, wobei das andere Ende des Zugelements mit der Kolbeneinheit einstückig verbunden bleibt.
  • Eine besonders einfache Konstruktion der Kopplungseinheit kann erreicht werden, wenn die Kopplungseinheit zwei ineinander eingreifende Kolbenstücke aufweist, die zweckmäßigerweise zueinander verschiebbar gelagert sind. An jedem der beiden Kolbenstücke kann ein Zugelement befestigt sein, beziehungsweise bei nur einem um die Ruderwelle umlaufenden Zugelement jeweils ein Ende des Zugelements befestigt sein.
  • Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Kopplungseinheit ein Verspannelement aufweist, mit dem die beiden Kolbenstücke gegeneinander verspannbar sind, beispielsweise indem sie auseinander pressbar sind. Das Verspannelement kann ein Gewindeelement sein, das in eines der Kolbenstücke eingeschraubt wird und das durch das Einschrauben das andere Kolbenstück aus dem ersteren herausdrückt.
  • Insbesondere bei schnellen Lenkmanövern des Lenkflugkörpers können hohe Kräfte am Ruder angreifen und damit auch das Zugelement belasten. Um ein Abreißen des Zugelements von einem Element des Ruderantriebs zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das Zugelement im Bereich der Befestigung dicker ist als im Wickelbereich, insbesondere radial zur Ruderwelle dicker ist als im Wickelbereich. Einem Bruch an einer Befestigungsstelle, beispielsweise einem Ende eines Einschnitts zwischen dem Zugelement und dem mit ihm einstückig ausgeführten Element des Ruderantriebs, kann durch die Verdickung entgegengewirkt werden.
  • Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Zugelement an einem Element des Ruderantriebs befestigt ist und ein Wickelbereich des Zugelements durch einen Spalt vom Element des Ruderantriebs getrennt ist und das Zugelement im Bereich des Spalts zum Spaltende hin sich radial verdickend, insbesondere zur Ruderwelle hin, ausgeführt ist. Das Zugelement wird insofern zweckmäßigerweise vom Wickelbereich zum Spaltende hin dicker, insbesondere kontinuierlich dicker, wodurch einem Bruch am Spaltende effektiv entgegengewirkt werden kann.
  • Der Platz für die Rudermechanik im Lenkflugkörper kann stark begrenzt sein, so dass eine kompakte Konstruktion von Vorteil ist. Diesbezüglich ist es vorteilhaft, wenn der Ruderantrieb ein Translationsantrieb mit einer Kolbeneinheit und einem Kolbengehäuse ist und das Zugelement zusammen mit der Kolbeneinheit in das Kolbengehäuse hineinreicht. Bei einem Hineinfahren der Kolbeneinheit in das Kolbengehäuse bewegt sich ein Ende des Zugelements innerhalb des Kolbengehäuses und ein Bereich des Zugelements fährt in das Kolbengehäuse hinein. Der Wickelbereich kann hierdurch sehr nahe am und insbesondere teilweise im Kolbengehäuse angeordnet werden.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Flugkörperrudersystem der eingangs genannten Art, das dadurch besonders kompakt gehalten werden kann, dass die Ruderwelle erfindungsgemäß über ein Außenradiallager am Rudergehäuse und über ein Innenradiallager zumindest mittelbar am Rudergehäuse befestigt ist. Zweckmäßigerweise ist das Innenradiallager an einem Innengehäuse, beispielsweise einem Triebwerksgehäuse beziehungsweise Triebwerksrohr gehalten. Als Lager sind Nadellager besonders geeignet, da diese radial klein bauend gestaltet werden können und hohen Belastungen standhalten.
  • Der Kompaktheit des Flugkörperrudersystems ist es zudem förderlich, wenn das Innenradiallager auf axialer Höhe des Zugelements angeordnet ist. Die Axialhöhe bezieht sich hierbei auf die Axialrichtung der Ruderwelle. Während die Ruderwelle von innen durch das Innenradiallager gehalten ist, kann das Zugelement von außen die Ruderwelle zumindest teilweise umgreifen.
  • Eine einfache Montage kann ermöglicht werden, wenn die Ruderwelle auf ihrer dem Ruderblatt abgewandten Seite auf eine Halteeinheit aufgesteckt und an dieser axial formschlüssig gehalten ist. Der Formschluss kann beispielsweise durch ein Verdrehen der Ruderwelle auf der Halteeinheit erreicht werden. Zweckmäßigerweise bilden die Ruderwelle und die Halteeinheit ein Axialgleitlager. Durch die geringen axialen Kräfte kann dies rotationskörperfrei gehalten und damit einfach gestaltet bleiben. Die Halteeinheit kann beispielsweise ein Triebwerksgehäuse beziehungsweise Triebwerksrohr sein.
  • Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Ruderwelle mittels eines Innenradiallagers radial an der Halteeinheit gehalten ist. Neben einer axialen Lagerung kann auch eine radiale Lagerung kompakt erreicht werden.
  • Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf ein Verfahren zur Montage eines Flugkörperrudersystems entsprechend Patentanspruch 1 oder einem davon abhängigen Patentanspruch, bei dem ein Ruderantrieb an einem Rudergehäuse befestigt wird. Eine besonders einfache Montage kann erreicht werden, wenn eine Ruderwelle von außen in das Rudergehäuse eingesteckt wird und ein flexibles Zugelement einer Kopplungseinheit an der Ruderwelle befestigt wird. Das Zugelement ist oder wird zweckmäßigerweise am Ruderantrieb befestigt. Vorteilhafterweise wird das Zugelement durch ein Drehen der Ruderwelle auf dieser aufgerollt. Ein Teil des Zugelements kann nun von außen auf der Ruderwelle anliegen, während ein anderer Teil am Ruderantrieb befestigt ist. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ist beliebig und kann zweckmäßigerweise an die Konstruktion angepasst werden.
  • Eine besonders einfache axiale Halterung der Ruderwelle kann erreicht werden, wenn diese durch das Drehen axial formflüssig an einem Innenaxiallager befestigt wird. Insbesondere wird die Ruderwelle bei dem Einstecken in das Rudergehäuse auf eine Halteeinheit gesteckt, die eine Hälfte des Innenaxiallagers bildet.
  • Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in einigen abhängigen Ansprüchen zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden, insbesondere bei Rückbezügen von Ansprüchen, so dass ein einzelnes Merkmal eines abhängigen Anspruchs mit einem einzelnen, mehreren oder allen Merkmalen eines anderen abhängigen Anspruchs kombinierbar ist. Außerdem sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination sowohl mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale auch als Eigenschaften der entsprechenden Vorrichtungseinheit gegenständlich formuliert zu sehen und funktionale Vorrichtungsmerkmale auch als entsprechende Verfahrensmerkmale.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
  • Es zeigen:
    • FIG 1
    einen hinteren Abschnitt eines Lenkflugkörpers mit einem Flugkörperrudersystem, das vier axial drehbare Ruder umfasst, bei nach hinten geöffnetem Rudergehäuse,
    FIG 2
    eine auf eine Halteeinheit eines Triebwerkrohrs aufgesteckte Ruderwelle mit dahinter liegendem Ruderantrieb,
    FIG 3
    den Ruderantrieb aus FIG 2 mit zwei Kolbeneinheiten, an denen jeweils ein Zugelement befestigt ist und
    FIG 4
    die beiden Kolbenelemente in auseinander genommenem Zustand mit den beiden Zugelementen.
  • FIG 1 zeigt den hinteren Teil eines Lenkflugkörpers 2 mit einem Flugkörperrudersystem 4, das vier jeweils 90° zueinander versetzt angeordnete Ruder 6 an einem Rudergehäuse 8 aufweist. Die Ruder 6 sind jeweils an einer Ruderwelle 10 befestigt, die in Axialrichtung ihres Ruders 6 in das Rudergehäuse 8 eingesteckt ist. Die Ruderwellen 10 sind in Axialrichtung der Ruder 6 innerhalb des Rudergehäuses 8 drehbar gelagert, so dass auch die Ruder 6 drehbar sind, wie an dem Beispiel des in FIG 1 oben dargestellten Ruders 6 angedeutet ist.
  • Zumindest teilweise innerhalb des Rudergehäuses 8 ist für jedes Ruder 6 ein Ruderantrieb 12 zumindest teilweise angeordnet. Die Ruderantriebe 12 sind Spindelantriebe mit einem Motor und einer Spindel, die durch den Motor gedreht wird. Eine Steuereinheit steuert den Motor in seiner Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung, so dass die Spindel in die eine oder andere Richtung rotiert. Auf der Spindel aufgeschraubt ist eine Kopplungseinheit 14 mit jeweils zwei Kolbeneinheiten 16, 18, die in FIG 3 gut sichtbar dargestellt sind.
  • Wie aus FIG 4 zu sehen ist, sind die beiden aus Edelstahl gefertigten Kolbeneinheiten 16, 18 jeweils mit einem Zugelement 20, 22 versehen, das jeweils einstückig mit seiner Kolbeneinheit 16, 18 ausgeführt ist. Die Zugelemente 20, 22 sind jeweils durch einen einen Spalt 24 beziehungsweise 26 erzeugenden Schnitt aus ihrer Kolbeneinheit 16, 18 geschnitten, so dass die beiden Zugelemente 20, 22 jeweils als Stahlband geformt sind. Die Schnitte wurden durch Drahterosion in die entsprechende Kolbeneinheit 16, 18 eingebracht.
  • Wie aus den FIGen 3 und 4 zu sehen ist, weist die Kolbeneinheit 16 eine innere Öffnung 28 auf, in die die Kolbeneinheit 18 eingesteckt ist. Ein in die Kolbeneinheit 16 eingeschraubtes Verspannelement 30 dient hierbei als Anschlag der eingeführten Kolbeneinheit 18. Das Zugelement 20 ist durch einen Schlitz 32 des Zugelements 20 hindurchgeführt.
  • Die beiden Zugelemente 20, 22 sind an ihrem Ende jeweils mit einer Halterausformung 34 sowie einem Haltemittel 36 versehen, mit denen sie jeweils in der Ruderwelle 10 verankert sind, wie aus FIG 2 zu ersehen ist. Die Halterausformungen 34 greifen jeweils in eine Vertiefung der Ruderwelle 10 ein, und die Haltemittel 36, in diesem Ausführungsbeispiel Schrauben, halten die Zugelemente 20, 22 beziehungsweise die Halterausformungen 34 an ihrem Platz. Im montierten Zustand sind die Zugelemente 20, 22 ein Stück weit von außen um die Ruderwelle 10 gelegt und auf dieser aufgerollt, wie aus der Kombination der Darstellungen der FIGen 2 und 3 zu sehen ist.
  • Zum straffen Befestigen der Zugelemente 20, 22 an der Ruderwelle 10 dient das Verspannelement 30, mit dessen Einschrauben in die Kolbeneinheit 16 die Kolbeneinheit 18 aus der Kolbeneinheit 16 ein Stück weit herausgedrückt wird. Hierdurch wird das Zugelement 22 durch den Schlitz 32 des Zugelements 20 hindurchgezogen und fest an der Ruderwelle 10 verspannt.
  • Im Betrieb wird der Ruderantrieb 12 durch den Antriebsmotor betätigt, so dass sich die Spindel dreht und die auf der Spindel aufgedrehte Kolbeneinheit 18 eine Translationsbewegung 38 vollführt. Bei einem Ausfahren der Kolbeneinheit 18 aus dem Kolbengehäüse 40 zieht das Zugelement 20 an der Ruderwelle 10, die in Translationsrichtung relativ zum Kolbengehäuse 40 unbeweglich angeordnet ist. Die Ruderwelle 10 wird hierdurch um ihre Achse gedreht. Bei einem Einfahren der Kolbeneinheit 18 in das Kolbengehäuse 40 zieht das Zugelement 22 in analoger Weise an der Ruderwelle 10 und dreht diese in die andere Richtung. Hierbei fährt das Zugelement 22 ein Stück weit in das Kolbengehäuse ein, wie aus der Darstellung in FIG 3 zu sehen ist. Bei der Darstellung in FIG 3 ist die Kolbeneinheit 18 maximal aus dem Kolbengehäuse 40 herausgefahren. Bei einem Hineinfahren wird ein Ende des Zugelements 22 mit in das Kolbengehäuse 40 eingefahren.
  • An der Befestigungsstelle der Zugelemente 20, 22 an ihrer Kolbeneinheit 16, 18, insbesondere an dem Ende des jeweiligen Spalts 24, 26, treten besonders hohe Kräfte auf, die ein Abreißen eines Zugelements 20, 22 von der entsprechenden Kolbeneinheit 16, 18 bewirken könnten. Um dies zu vermeiden, sind die Zugelemente 20, 22 zu ihrem Ende hin in Radialrichtung zur Ruderwelle 10 hin verdickt gegenüber dem Wickelbereich des entsprechenden Zugelements 20, 22 ausgeführt. Die radiale Dicke des Zugelements 20, 22 nimmt mithin in Richtung zum Ende des Zugelements 20, 22, das an der Kolbeneinheit 16, 18 befestigt ist, zu. An der Stelle des Spaltendes ist das Zugelement 20, 22 hierdurch mindestens doppelt so dick wie im Wickelbereich, so dass die am Spaltende entstehenden Kräfte durch die Dicke des Zugelements 20, 22 gut aufgefangen werden.
  • Zur Montage des Flugkörperrudersystems 4 wird ein Triebwerksrohr 42, durch das im Betrieb des Lenkflugkörpers 2 der Abgasstrahl eines Triebwerks des Lenkflugkörpers 2 hindurchgeführt wird, an dem Rudergehäuse 8 befestigt. Das Triebwerksrohr 42 weist für jede Ruderwelle eine Halteeinheit 44 auf, auf die ein Innenradiallager 46 aufgesteckt wird oder bereits ist. Anschließend wird die Ruderwelle 10 durch das Rudergehäuse 8 auf die Halteeinheit 44 gesteckt, so dass die Ruderwelle 10 das Innenradiallager 46 übergreift. Die Halteeinheit 44 weist nach außen hin eine bajonettverschlussartige Ausformung 48 auf, in die ein entsprechendes Gegenstück der Ruderwelle 10 eingreift. Durch ein Verdrehen der Ruderwelle 10 um 90° hintergreift das Gegenstück das Bajonettstück 48 der Halteeinheit 44, so dass ein Formschluss in Axialrichtung der Ruderwelle 10 gebildet wird und die Ruderwelle 10 an der Halteeinheit 44 in Axialrichtung befestigt ist. Das Bajonettstück 48 bildet mit dem entsprechenden Gegenstück der Ruderwelle 10 ein Axialgleitlager, durch das die Ruderwelle 10 in Axialrichtung am Triebwerksrohr 42 gehalten ist. Über ein Außenradiallager 50, das vor der Montage bereits mit der Ruderwelle 10 verbunden war, wird die Ruderwelle 10 in Radialrichtung im Rudergehäuse 8 gehalten.
  • Sowohl das Innenradiallager 46 als auch das Außenradiallager 50 sind durch Nadellager realisiert. Die Verwendung dieser sehr günstigen und auch belastbaren Wälzlager ist möglich, da die Kopplung der Ruderwelle 10 an den Ruderantrieb 12 maßlich sehr tolerant ist und keine Axialkräfte in die Ruderwelle 10 leitet. Die erforderliche axiale Führung der Ruderwelle 10 wird mit den Gleitlagerflächen erreicht.
  • Der Einsatz eines Gleitlagers ist hier problemlos möglich, da beim Einsatz des Rudersystems 4 nur relativ geringe Axialkräfte auftreten.
  • Anschließend wird die Kolbeneinheit 16 mit ihrem Zugelement 20 in das Rudergehäuse 8 von hinten nach vorne eingeführt, und die Ruderwelle 10 wird in eine solche Stellung verdreht, dass das Zugelement 20 mit seinem als Schraube ausgeführten Haltemittel 36 mit der Ruderwelle 10 verschraubt werden kann. Dies kann durch ein entsprechendes Werkzeug durch die in FIG 1 dargestellte hintere Öffnung des Rudergehäuses 8 erfolgen.
  • Anschließend wird die Ruderwelle um etwa 180° gedreht, so dass die Kolbeneinheit 16 ein Stück weit in das Rudergehäuse 8 eingezogen wird. Nun kann der Ruderantrieb 12 mit der vormontierten Kolbeneinheit 18 von vorne in das Rudergehäuse 8 eingeschoben werden, und das Zugelement 22 wird durch den Schlitz 32 des Zugelements 20 hindurch gefädelt. Mithilfe der Schraube 36 wird das Zugelement 22 an der entsprechenden Stelle der Ruderwelle 10 mit dieser verschraubt, wie aus FIG 2 zu sehen ist. Anschließend wird das Verspannelement 30 in die Kolbeneinheit 16 eingeschraubt und die beiden Zugelemente 20, 22 werden fest an der Ruderwelle 20 verspannt.
  • Durch das Verspannen der Stahlbänder stehen diese gemeinsam unter Vorspannung um eine spielfreie Übertragung der Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung zu erreichen. Bei einer Bewegung der Ruderwelle 10 rollt der Zylinderbereich der Ruderwelle relativ zur Spindel gesehen in unmittelbarer Nachbarschaft der beiden Kolbenelemente 16, 18 ab. Hierbei wird eines der Zugelemente 20, 22 von der Zylinderfläche abgerollt und das andere Zugelement 22, 20 entsprechend aufgerollt. Es gibt hierbei keine Relativbewegungen an Kontaktstellen zweier Körper, so dass auch keine Reibung entsteht. Die in den Stahlbändern durch die wechselnde Biegung erzeugte Materialreibung ist so gering, dass sie vernachlässigbar ist.
  • Durch das Drehen der Ruderwelle 10 in die Stellung, in der das Zugelement 22 mit der Ruderwelle 10 verschraubbar ist, wurde der axiale Formschluss zwischen Ruderwelle 10 und Halteeinheit 44 hergestellt. Dieser bleibt innerhalb des gesamten Betriebsbewegungsbereichs der Ruderwelle 10 erhalten, so dass das später auf die Ruderwelle 10 aufgeschraubte Ruder 6 fest mit dem Rudergehäuse 8 verbunden bleibt.
  • Während des Betriebs des Lenkflugkörpers 2 fliegt dieser auf ein Ziel zu und wird durch seinen Suchkopf in Verbindung mit seiner Steuereinheit auf das Ziel hin gelenkt. Die Steuereinheit steuert auch die Ruderantriebe 12 und damit eine Ruderbewegung der Ruder 6 an. Durch die Kopplungseinheit 14 mit ihren beiden Zugelementen 20, 22 wird die Translationsbewegung des Ruderantriebs 12 beziehungsweise der beiden Kolbeneinheiten 16, 18 in eine Rotationsbewegung der Ruderwelle 10 und damit des entsprechenden Ruders 6 umgewandelt.
  • Diese Translationsbewegung wird mittels der Kopplung am Umfang einer Zylinderfläche der Ruderwelle 10 von der Tangentialrichtung der Spindel des Ruderantriebs 12 in eine Umfangsrichtung der Ruderwelle 10 übertragen. Aus der Translationsbewegung wird eine Drehbewegung.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Lenkflugkörper
    4
    Flugkörperrudersystem
    6
    Ruder
    8
    Rudergehäuse
    10
    Ruderwelle
    12
    Ruderantrieb
    14
    Kopplungseinheit
    16
    Kolbeneinheit
    18
    Kolbeneinheit
    20
    Zugelement
    22
    Zugelement
    24
    Spalt
    26
    Spalt
    28
    Öffnung
    30
    Verspannelement
    32
    Schlitz
    34
    Halterausformung
    36
    Haltemittel
    38
    Translationsbewegung
    40
    Kolbengehäuse
    42
    Triebwerksrohr
    44
    Halteeinheit
    46
    Innenradiallager
    48
    Bajonettstück
    50
    Außenradiallager

Claims (12)

  1. Flugkörperrudersystem (4) mit einem Rudergehäuse (8), einer im Rudergehäuse (8) drehbar gelagerten Ruderwelle (10), einem an der Ruderwelle (10) befestigen Ruderblatt (6), einem Ruderantrieb (12) und einer Kopplungseinheit (14), die den Ruderantrieb (12) so mit der Ruderwelle (10) koppelt, dass eine Bewegung des Ruderantriebs (12) eine Rotation der Ruderwelle (10) erzeugt, wobei die Kopplungseinheit (14) zumindest ein am Ruderantrieb (12) befestigtes, flexibles Zugelement (20, 22) aufweist, das ein Stück weit auf die Ruderwelle (10) aufgerollt ist und der Ruderantrieb (12) ein Translationsantrieb mit einer Kolbeneinheit (16, 18) ist und das Zugelement (20, 22) an der Kolbeneinheit (16, 18) befestigt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Zugelement (20, 22) einstückig mit der Kolbeneinheit (16, 18) ausgeführt ist.
  2. Flugkörperrudersystem (4) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ruderantrieb (12) ein Translationsantrieb mit zwei Kolbeneinheiten (16, 18) ist, die ineinander eingreifend und zueinander verschiebbar sind, und jedes der beiden Kolbeneinheiten (16, 18) an einem Zugelement (20, 22) befestigt ist.
  3. Flugkörperrudersystem (4) nach Anspruch 2
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kopplungseinheit (14) ein Verspannelement (30) aufweist, mit dem die beiden Kolbeneinheiten (16, 18) auseinander pressbar und damit gegeneinander verspannbar sind.
  4. Flugkörperrudersystem (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Zugelement (20, 22) an einem Element des Ruderantriebs (12) befestigt ist und im Bereich der Befestigung radial zur Ruderwelle (10) dicker ist als im Wickelbereich.
  5. Flugkörperrudersystem (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Zugelement (20, 22) an einem Element des Ruderantriebs (12) befestigt ist und ein Wickelbereich des Zugelements (20, 22) durch einen Spalt (24, 26) vom Element des Ruderantriebs (12) getrennt ist und das Zugelement (20, 22) sich im Bereich des Spalts (24 ,26) zum Spaltende hin radial zur Ruderwelle (10) verdickt.
  6. Flugkörperrudersystem (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ruderantrieb (12) ein Translationsantrieb mit einer Kolbeneinheit (18) und einem Kolbengehäuse (40) ist und das Zugelement (20, 22) zusammen mit der Kolbeneinheit (18) in das Kolbengehäuse (40) hineinreicht.
  7. Flugkörperrudersystem (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ruderwelle (10) über ein Außenradiallager (50) am Rudergehäuse (8) und über ein Innenradiallager (46) an einem Triebwerksgehäuse (42) gehalten ist.
  8. Flugkörperrudersystem (4) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Innenradiallager (46) auf axialer Höhe des Zugelements (20, 22) angeordnet ist.
  9. Flugkörperrudersystem (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ruderwelle (10) auf ihrer dem Ruderblatt (6) abgewandten Seite auf eine Halteeinheit (44) aufgesteckt und an dieser axial formschlüssig gehalten ist, wobei die Ruderwelle (10) und die Halteeinheit (44) ein Axialgleitlager bilden.
  10. Flugkörperrudersystem (4) nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ruderwelle (10) mittels eines Innenradiallagers (46) radial an der Halteeinheit (44) gehalten ist.
  11. Verfahren zur Montage eines Flugkörperrudersystems (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Ruderantrieb (12) an einem Rudergehäuse (8) befestigt wird, eine Ruderwelle (10) von außen in das Rudergehäuse (8) befestigt wird, eine Ruderwelle (10) von außen in das Rudergehäuse (8) eingesteckt wird, ein flexibles Zugelement (20, 22) einer Kopplungseinheit (14) an der Ruderwelle (10) befestigt wird und das Zugelement (20, 22) durch ein Drehen der Ruderwelle (10) auf der Ruderwelle (10) aufgerollt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ruderwelle (10) durch das Drehen axial formschlüssig an einem Innenaxiallager befestigt wird.
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