EP4336135A1

EP4336135A1 - Lenkflugkörper

Info

Publication number: EP4336135A1
Application number: EP23194825.8A
Authority: EP
Inventors: Peter Gerd Fisch; Thomas Kuhn
Original assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2022-09-07
Filing date: 2023-09-01
Publication date: 2024-03-13
Also published as: DE102022003287A1

Abstract

Lenkflugkörper (1), umfassend ein Antriebsystem (2) mit einem Triebwerk (3) mit wenigstens einer Triebwerkseinheit (4-7), die eine Brennkammer (14-17) und wenigstens eine in ihrer Ausrichtung fest mit der Brennkammer (14-17) über eine Verbindungsleitung (18-21) verbundene Austrittsdüse (8-11) aufweist und dazu ausgebildet ist, einen Treibgasstrom durch die Austrittsdüse (8-11) auszustoßen, wobei eine Stelleinrichtung (22-25) dazu ausgebildet ist, die Ausrichtung der Brennkammer (14-17) und der wenigstens einen Austrittsdüse (8-11) der wenigstens einen Triebwerkseinheit (4-7) um eine, insbesondere senkrecht zu einer Längsachse (27) des Lenkflugkörpers (1) ausgerichtete, Drehachse (26, 33-35) in wenigstens eine erste Ausstoßposition und wenigstens eine zweite Ausstoßposition zu drehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lenkflugkörper mit einem Antriebssystem, umfassend ein Triebwerk mit wenigstens einer Triebwerkseinheit, die eine Brennkammer und wenigstens eine in ihrer Ausrichtung fest mit der Brennkammer über eine Verbindungsleitung verbundene Austrittsdüse aufweist und dazu ausgebildet ist, einen Treibgasstrom durch die Austrittsdüse auszustoßen.
Antriebssysteme für Lenkflugkörper, die ein Triebwerk mit einer Triebwerkseinheit aufweisen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei kann in einer Brennkammer Brennstoff bzw. Treibstoff verbrannt werden und die Verbrennungsgase unter Druck aus einer über eine Verbindungsleitung mit der Brennkammer verbundene Austrittsdüse als Treibgasstrom ausgestoßen werden, um die Bewegung des Lenkflugkörpers zu erzeugen bzw. zu verändern. Um eine Schubvektorsteuerung vorzunehmen sind verschiedene Systeme bekannt, beispielsweise in Form von separaten Querschub-Triebwerken, die jedoch verglichen mit Haupttriebwerken, die für den Längstrieb des Lenkflugkörpers vorgesehen sind, eine deutlich geringere Leistung aufweisen, sodass der maximal erzeugbare Querschub stark begrenzt ist.
Weitere Schubvektorsteuerungen können in Form von schwenkbaren Austrittsdüsen, zum Beispiel Pendeldüsen, bereitgestellt werden. Hierbei ist bekannt, dass deren Schwenkbereich begrenzt ist, beispielsweise auf einen Bereich unterhalb von 20° für Pendeldüsen. Andere bekannte Schubvektorsysteme erfordern Drehgelenke bzw. Düsennadeln oder abweichende Kinematiken, die in den Heißgasstrahl eingreifen. Derartige Systeme sind daher in Bezug auf ihre Ausführung aufwendig, da diese den hohen Abgastemperaturen zuverlässig standhalten müssen, um diese vor der starken Erosion im Heißgasstrahl zu schützen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen demgegenüber verbesserten Lenkflugkörper anzugeben.
Die Aufgabe wird durch einen Lenkflugkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie eingangs beschrieben, betrifft die Erfindung einen Lenkflugkörper mit einem Antriebssystem, das ein Triebwerk aufweist. Das Triebwerk weist wiederum wenigstens eine Triebwerkseinheit auf, die eine Brennkammer und wenigstens eine Austrittsdüse aufweist, die über eine Verbindungsleitung mit der Brennkammer verbunden ist. Der Begriff "Austrittsdüse" kann allgemein durch den Begriff "Austrittsöffnung" ersetzt werden. Die Austrittsdüse bildet zum Beispiel eine zur Triebwerkslängsachse gekröpfte Düse aus. Beispielsweise kann die Verbindungsleitung zumindest in einem Abschnitt ausgehend von einem Bereich der Brennkammer radial von der Triebwerkslängsachse nach außen führen und in die wiederum in eine Richtung parallel zu der Triebwerkslängsachse gekröpfte Austrittsdüse münden. Die Austrittsdüse bzw. ein aus der Austrittsdüse austretender Treibgasstrom, insbesondere ein Heißgasstrahl, kann auch unter einem bestimmten Winkel relativ zu einer zur Triebwerkslängsachse parallelen Achse, beispielsweise unter einem Winkel relativ zu einer Außenfläche des Rumpfes des Lenkflugkörpers, ausgestoßen werden. Wie beschrieben, ist die Austrittsöffnung fest über die Verbindungsleitung mit der Brennkammer verbunden, sodass eine Veränderung der Ausrichtung der Austrittsöffnung relativ zu der Brennkammer nicht möglich ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das Antriebssystem des Lenkflugkörpers eine Stelleinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Ausrichtung der Brennkammer und der wenigstens einen Austrittsdüse der wenigstens einen Triebwerkseinheit um eine, insbesondere senkrecht zu einer Längsachse des Lenkflugkörpers ausgerichtete, Drehachse in wenigstens eine erste Ausstoßposition und wenigstens eine zweite Ausstoßposition zu drehen. Mit anderen Worten kann der wenigstens einen Triebwerkseinheit eine Stelleinrichtung zugeordnet sein, die dazu ausgebildet ist, die Triebwerkseinheit, um die Drehachse zu drehen und dadurch die Ausrichtung der Austrittsdüse relativ zu dem Lenkflugkörper bzw. einem Rumpf des Lenkflugkörpers, zu drehen. Im eingebauten Zustand des Antriebssystems ist die Stelleinrichtung somit dazu ausgebildet, die Triebwerkseinheit innerhalb des Rumpfes des Lenkflugkörpers, nämlich um die Drehachse senkrecht zu dessen Längsachse, zu drehen. Die drehbare Triebwerkseinheit ist somit drehbar im Rumpf des Lenkflugkörpers angeordnet. Hierbei wird stets die Brennkammer zusammen mit der Verbindungsleitung und der Austrittsdüse gedreht. Vorteilhafterweise ist somit eine Drehdurchführung im Bereich der Austrittsdüse nicht nötig. Eine solche Drehdurchführung wäre höchst aufwendig auszuführen, um die im Betrieb des Lenkflugkörpers bzw. des Antriebssystems vorherrschenden Temperaturen, insbesondere im Bereich mehrerer 1000 K, sowie den vorherrschenden entsprechenden Drücken standzuhalten.
Wie beschrieben, kann die Drehachse im Speziellen senkrecht zur Längsachse des Lenkflugkörpers, also beispielsweise senkrecht zur Flugrichtung des Lenkflugkörpers ausgerichtet sein. Die Drehachse kann zum Beispiel als Hochachse oder als Querachse bezogen auf die Symmetrie des Lenkflugkörpers erachtet werden. Somit bietet die drehbare Triebwerkseinheit, also die Drehung der Ausrichtung der Austrittsdüse zusammen mit ihrer Brennkammer, an die sie fest angebunden ist, die Möglichkeit, die Ausstoßposition zu verändern, sodass die Richtung, aus der bzw. in die der Treibgasstrom durch die Austrittsdüse ausgestoßen wird, im Betrieb des Lenkflugkörper verändert werden kann. Dazu weist das Antriebssystem in der Stelleinrichtung wenigstens einen Aktor auf, beispielsweise einen Elektromotor. Der Aktor ist über eine Getriebeeinrichtung mit der Brennkammer verbunden, beispielsweise über ein Ritzel mit einer Zahnstange, die an der Außenfläche der Brennkammer angeordnet ist oder einem Zahnrad oder Zahnradsegment auf dem Umfang der Brennkammer. Dreht der Elektromotor das Ritzel, wird somit die Brennkammer gedreht, sodass die Ausrichtung der Austrittsdüse verändert werden kann, um somit die Schubrichtung der Triebwerkseinheit festzulegen. Der Lenkflugkörper, der das Antriebssystem aufweist, kann dazu wenigstens eine Lagereinrichtung aufweisen, die zur drehbaren Lagerung der Brennkammer eingerichtet ist.
Mit anderen Worten wird die gesamte Triebwerkseinheit drehbar in einem Flugkörperrumpf gelagert, nämlich dem Rumpf des Lenkflugkörpers, der die Antriebseinheit aufweist. Um ein statisches Momentengleichgewicht zu erreichen, können mehrere Triebwerkseinheiten der vorgenannten Art im Rumpf des Lenkflugkörpers untergebracht werden, wobei sich die einzelnen Schubvektoren zu einem Gesamtvortrieb bzw. Gesamtantrieb addieren. Auf eine Ausgestaltung mit mehreren Triebwerkseinheiten wird in der nachfolgenden Beschreibung eingegangen.
Grundsätzlich wird im Rahmen der Beschreibung der Begriff "Triebwerk" für die Gesamtheit der Triebwerkseinheiten verwendet, die jeweils eine Brennkammer und eine mit der Brennkammer festverbundene Austrittsdüse aufweisen. Das Antriebssystem wiederum umfasst das Triebwerk und weitere Einrichtungen, die beispielsweise für den Betrieb des Triebwerks erforderlich sind, beispielsweise Lagereinrichtungen zur Lagerung der Triebwerkseinheiten und dergleichen. Die wenigstens eine Stelleinrichtung, die der wenigstens einen beschriebenen Triebwerkseinheit zugeordnet ist, kann somit Bestandteil des Triebwerks bzw. des Antriebssystems sein.
Wie beschrieben, ist die Stelleinrichtung dafür vorgesehen bzw. dazu eingerichtet, die Triebwerkseinheit zu drehen und somit die Ausrichtung der Austrittsdüse zu verändern bzw. eine gewünschte Ausrichtung der Austrittsdüse einzustellen. Zum Beispiel kann die Stelleinrichtung die Austrittsdüse in eine erste Ausstoßposition stellen, in der die Austrittsdüse eine erste Ausrichtung aufweist, beispielsweise einen ersten Ausstoßwinkel relativ zu einer beliebigen Achse, beispielsweise der Längsachse des Antriebssystems. Ebenso kann die Stelleinrichtung die Austrittsdüse in wenigstens eine zweite Ausstoßposition stellen, in der die Austrittsdüse eine zweite Ausrichtung aufweist, beispielsweise einen zweiten Ausstoßwinkel relativ zu einer beliebigen Achse, beispielsweise der Längsachse des Antriebssystems. Im Speziellen kann die Stelleinrichtung die Austrittsdüse in beliebige Ausstoßpositionen stellen, sodass der Winkel bzw. der Ausstoßwinkel der Austrittsdüse ebenfalls beliebig eingestellt werden kann.
Die Stelleinrichtung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, die wenigstens eine Triebwerkseinheit in beide Richtungen um 90° gegenüber einer Längsachse des Lenkflugkörpers zu drehen. Wird von einer Grundstellung der Austrittsdüse ausgegangen, in der die Ausrichtung der Austrittsdüse entlang der Längsachse des Lenkflugkörpers ausgerichtet ist, kann die Stelleinrichtung eine Auslenkung der Ausrichtung der Austrittsdüse in beide Drehrichtungen um 90°, d.h. +/- 90° zur Längsachse vornehmen. Nach einer weiteren Ausgestaltung kann eine vollständige Drehung der Triebwerkseinheit vorgenommen werden, sodass diese, beispielsweise endlos, um 360° drehbar ist.
Hierbei kann die Ausrichtung der Austrittsdüse in einem beliebigen Ausstoßwinkel bzw. in einer beliebigen Ausstoßposition eingestellt werden, um den Treibgasstrom in dieser Ausrichtung auszustoßen und somit eine entsprechende Veränderung oder Erzeugung der Bewegung des Lenkflugkörpers zu erreichen. Liegt die Triebwerksachse der Triebwerkseinheit, d.h. die Ausrichtung der Austrittsdüse, senkrecht zur Flugkörperlängsachse bzw. zur Längsachse des Lenkflugkörpers, kann bei einer Einstellung der Ausrichtung um 90° in jeder Drehrichtung somit (zumindest theoretisch) ein Schubvektor eingestellt werden, der von 100% axial bis 100% lateral variiert werden kann. Wird der Bewegungsbereich der Drehung auf 360° erweitert, sind noch weitergehende Schubvektoren einstellbar, beispielsweise mit wenigstens einer Komponente, die einer aktuellen Bewegungsrichtung entgegengerichtet ist.
Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Stelleinrichtung dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Triebwerkseinheit wahlweise in eine Längsschubstellung oder eine Querschubstellung zu drehen. Die Längsschubstellung liegt dann vor, wenn die Triebwerkseinheit so ausgerichtet ist, dass der Treibgasstrom entlang der Längsachse des Antriebssystems ausgestoßen wird und somit einen Vortrieb bzw. Vorschub oder Längsschub des Lenkflugkörpers erzeugt. Eine Querschubstellung liegt dann vor, wenn der Treibgasstrom senkrecht zur Längsachse des Lenkflugkörpers ausgestoßen wird und somit einen Querschub erzeugt.
Die Stelleinrichtung kann, wie zuvor beschrieben, dazu ausgebildet sein, eine beliebige Ausstoßpositionen zwischen der Längsschubstellung und der Querschubstellung einzustellen. Dies bietet den Vorteil, dass die wenigstens eine Triebwerkseinheit sowohl zur Erzeugung des Längsschubs als auch zur Erzeugung des Querschubs verwendet werden kann. Demnach sind weitere zusätzliche Triebwerkseinheiten, die ausschließlich für die Erzeugung von Querschub verwendet werden, entbehrlich. Eine Aufteilung der Triebwerkseinheiten in Haupttriebwerkseinheiten, die für die Erzeugung von Längsschub zuständig sind, und Zusatzeinheiten, die nur Querschub erzeugen und hinsichtlich ihrer Leistung gegenüber den Haupttriebwerkseinheiten deutlich reduziert sind, ist somit nicht nötig. Stattdessen kann dieselbe Triebwerkseinheit sowohl zur Erzeugung von Längsschub als auch zur Erzeugung von Querschub verwendet werden, wobei die Triebwerkseinheit, wie zuvor beschrieben, in verschiedene Ausstoßpositionen bewegt wird, um entsprechend den Schubvektor zu verändern.
Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass in der Querschubstellung der gesamte mittels der Triebwerkseinheit erzeugbare Schub als Querschub erzeugbar ist. Sind dem Triebwerk mehrere Triebwerkseinheiten zugeordnet, können sämtliche Triebwerkseinheiten in die Querschubstellung verbracht werden, sodass der gesamte von dem Triebwerk erzeugbare Längsschub auch bedarfsweise als Querschub verwendet bzw. bereitgestellt werden kann. Im Speziellen können somit Treibgasströme aus sämtlichen Brennkammern gleichzeitig dafür verwendet werden, Querschub zu erzeugen, wobei dieselben Brennkammern dazu verwendet werden können, in einer anderen Ausstoßposition der Triebwerkseinheiten des Triebwerks Längsschub zu erzeugen. Dies bietet den Vorteil, dass die Erzeugung von Querschub leistungsmäßig nicht hinter der Erzeugung von Längsschub zurücksteht, sondern Querschub im selben Maß erzeugt werden kann, wie Längsschub erzeugt werden kann. Dies bietet für die Erzeugung des Querschubs deutlich größere Möglichkeiten. Ebenso müssen keine getrennten Brennkammern und getrennte Brennstoffreserven mitgeführt und kalkuliert werden, sondern der gesamte Schub kann mit denselben Ressourcen erzeugt werden. Da die Ausstoßposition der Triebwerkseinheiten bedarfsweise geändert werden kann, kann beliebig zwischen Erzeugung von Längsschub und Erzeugung von Querschub gewechselt werden bzw. der Situation angepasst Querschub oder Längsschub erzeugt werden.
Wie eingangs beschrieben, kann das Triebwerk mehrere Triebwerkseinheiten aufweisen. Im Speziellen kann das Triebwerk wenigstens zwei drehbare Triebwerkseinheiten aufweisen, die unabhängig voneinander drehbar sind. Hierzu kann jede der Triebwerkseinheiten mit einer eigenen Stelleinrichtung gekoppelt sein, die die jeweilige Triebwerkseinheit stellen kann. Jede Triebwerkseinheit stellt, wie zuvor beschrieben, eine eigene Brennkammer mit einer eigenen Austrittsdüse bereit, die mit der Brennkammer verbunden ist, nämlich über eine Verbindungsleitung. Durch das Einstellen der einzelnen Triebwerkseinheiten in unabhängige Ausstoßpositionen, kann die Bewegung des Lenkflugkörpers verbessert beeinflusst werden. Insbesondere können verschiedene Schubvektoren bzw. Bewegungsvektoren eingestellt werden. Werden mehr als zwei drehbare Triebwerkseinheiten verwendet, zum Beispiel vier drehbare Triebwerkseinheiten, können beliebige Bewegungsvektoren oder Schubvektoren eingestellt werden, sodass alle Freiheitsgrade der Bewegung des Lenkflugkörpers eingestellt werden können. Im Speziellen kann der Lenkflugkörper somit basierend auf einer "bank-to-turn"- bzw. "banked-turn"-Steuerung gesteuert bzw. gelenkt werden.
Hierbei kann das Triebwerk zum Beispiel vier drehbare Triebwerkseinheiten aufweisen, deren Austrittsdüsen paarweise auf gegenüberliegenden Umfangspositionen des Lenkflugkörpers angeordnet sind. Das paarweise Anordnen der Austrittsöffnungen bei vier oder mehr Triebwerkseinheiten, die einzeln unabhängig voneinander ansteuerbar sind, ermöglicht alle Bewegungen im Raum zu kontrollieren bzw. einzustellen. Hierbei sind grundsätzlich verschiedene Anordnungen der Austrittsöffnungen möglich, zum Beispiel kann die erste Austrittsöffnung einer ersten Triebwerkseinheit auf einer ersten Umfangsposition des Lenkflugkörpers angeordnet sein, eine zweite Austrittsöffnung einer zweiten Triebwerkseinheit kann auf einer der ersten Umfangsposition des Lenkflugkörpers gegenüberliegenden zweiten Umfangsposition angeordnet sein, eine dritte Austrittsöffnung einer dritten Triebwerkseinheit kann wiederum auf der ersten Umfangsposition des Lenkflugkörpers angeordnet sein und eine vierte Austrittsöffnung einer vierten Triebwerkseinheit kann auf der zweiten Umfangsposition des Lenkflugkörpers angeordnet sein. Demnach kann die Anordnung der Austrittsöffnungen der wenigstens vier Triebwerkseinheiten alternierend vorgenommen werden. Die Umfangspositionen können diametral angeordnet sein. Grundsätzlich können die Austrittsöffnungen auch auf beliebigen anderen Umfangspositionen angeordnet sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung können die erste Austrittsöffnung der ersten Triebwerkseinheit und die vierte Austrittsöffnung der vierten Triebwerkseinheit auf der ersten Umfangsposition (oder der zweiten Umfangsposition) des Lenkflugkörpers angeordnet sein und die zweite Austrittsöffnung der zweiten Triebwerkseinheit und die dritte Austrittsöffnung der dritten Triebwerkseinheit können auf der zweiten Umfangsposition (oder der ersten Umfangsposition) des Lenkflugkörpers angeordnet sein. Die beschriebenen paarweisen Anordnungen der Austrittsöffnungen auf gegenüberliegenden Umfangspositionen bewirkt, dass die aufgebrachten Momente stabilisiert bzw. ausgeglichen werden können, sodass eine definierte, insbesondere symmetrische, Bewegung des Lenkflugkörpers erzeugt werden kann.
Mit vier einzeln ansteuerbaren Austrittsdüsen sind alle Bewegungen im Raum zu kontrollieren. Zur Unterbringung kann unter Umständen erforderlich sein, die zwei Austrittsdüsen eines Paares versetzt anzuordnen, womit bei der Steuerung die dabei auftretenden Asymmetrien berücksichtigt werden müssen. Zwei starr gekoppelte Paare von Austrittsdüsen vermeiden diese Asymmetrien. Hierbei kann zusätzlich eine Rolllagesteuerung vorgesehen sein. Eine solche Rolllagesteuerung wird im Zusammenhang mit einem Rollsystem nachfolgend beschrieben.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Lenkflugkörpers kann vorgesehen sein, dass das Triebwerk wenigstens eine drehbare Triebwerkseinheit aufweist, die zwei gegenüberliegend angeordnete Austrittsöffnungen aufweist. Wie bislang beschrieben, kann die drehbare Triebwerkseinheit eine Austrittsöffnung aufweisen, die über die Verbindungsleitung an die Brennkammer gekoppelt ist und zusammen mit der Brennkammer gedreht werden kann. Die vorliegende Ausgestaltung kann vorsehen, dass eine solche drehbare Triebwerkseinheit zwei gegenüberliegend angeordnete Austrittsöffnungen aufweisen kann, sodass die beiden Austrittsöffnungen, die auf gegenüberliegenden Umfangspositionen angeordnet sind, zusammen mit der Brennkammer um die Drehachse gedreht werden können. Hierbei können wiederum mehrere solcher Triebwerkseinheiten vorgesehen sein, beispielsweise zwei Triebwerkseinheiten mit jeweils zwei gegenüberliegend angeordneten Austrittsöffnungen. Die Austrittsöffnungen können wiederum, wie bereits beschrieben, auf einer ersten Umfangsposition und einer zweiten Umfangsposition des Lenkflugkörpers angeordnet sein. Durch die beschriebenen Triebwerkseinheiten mit zwei Austrittsdüsen kann sichergestellt werden, dass die beiden Schubvektoren am gleichen Punkt der Längsachse wirken.
Wie zuvor beschrieben, kann, je nach Anordnung bzw. Konfiguration der Austrittsdüsen der einzelnen Triebwerkseinheiten, ein zusätzliches Rollsystem erforderlich sein bzw. zumindest vorteilhaft sein. Das Antriebssystem kann nach einer Ausgestaltung ein solches Rollsystem aufweisen, das wenigstens eine tangential an dem Lenkflugkörpers, beispielsweise an einem Rumpf des Lenkflugkörpers, ausgerichtete Rolldüse aufweist und dazu ausgebildet ist, durch Ausstoß aus der Rolldüse eine Rollposition und/oder eine Rollbewegung einzustellen oder zu verändern. Das Rollsystem kann somit einen Gasstrom aus der Rolldüse ausstoßen, der ein Drehmoment auf den Lenkflugkörper bewirkt und den Lenkflugkörper um seine Längsachse dreht, d.h., dass eine definierte Rollposition eingestellt oder verändert werden kann bzw. eine definierte Rollbewegung, d.h. eine Drehbewegung um die Längsachse, eingestellt oder verändert werden kann. Durch den Ausstoß aus der Rolldüse kann eine bestehende Rollbewegung gebremst, insbesondere bis in den Stillstand, oder verstärkt werden.
Das Rollsystem kann im Speziellen zwei gegenüberliegend ausgerichtete Rolldüsen aufweisen, sodass Rollbewegungen bzw. Veränderungen der Rollposition in beide Richtungen möglich sind. Ebenso kann ein Ausstoß durch eine erste Rolldüse eine erste Rollbewegung erzeugen, die durch Ausstoß aus der zweiten Rolldüse gebremst oder wieder gestoppt werden kann. Das Rollsystem kann ferner mehrere Rolleinheiten aufweisen, die wenigstens eine oder zwei Rolldüsen aufweisen, die im Speziellen gegenüberliegend ausgerichtet sein können.
Neben dem Lenkflugkörper betrifft die Erfindung ein Antriebssystem für einen solchen Lenkflugkörper. Der Lenkflugkörper kann insbesondere mittels eines Trägersystems gestartet werden, das nach einer ersten Betriebsphase von dem Lenkflugkörper abgekoppelt werden kann. Der Lenkflugkörper wird somit insbesondere nicht vom Boden aus gestartet, sondern beim Starten bzw. Zünden des Antriebssystems des Lenkflugkörpers wurde dieser bereits durch das Trägersystem bewegt. Eine hiervon abweichende bzw. ergänzende Möglichkeit zur Steuerung des Lenkflugkörpers kann vorsehen, dass das Antriebssystems des Lenkflugkörpers in einem Betriebszustand gestartet bzw. gezündet wird, in dem der Lenkflugkörper mit dem Trägersystem verbunden ist, sodass das Antriebssystem des Lenkflugkörpers auch zur Flugbahnkorrektur des mit dem Lenkflugkörper gekoppelten Trägersystems verwendet werden kann. Im Speziellen wird der Lenkflugkörper bzw. das Antriebssystem des Lenkflugkörpers jedoch in einem Hyperschallbereich verwendet, in dem der Lenkflugkörper bereits von dem Trägersystem entkoppelt wurde.
Ferner betrifft die Erfindung neben dem Antriebssystem und dem Lenkflugkörper ein Verfahren zur Steuerung eines Lenkflugkörpers, umfassend ein Antriebssystem mit einem Triebwerk mit wenigstens einer Triebwerkseinheit, die eine Brennkammer und wenigstens eine in ihrer Ausrichtung fest mit der Brennkammer über eine Verbindungsleitung verbundene Austrittsdüse aufweist, wobei ein Treibgasstrom durch die Austrittsdüse ausgestoßen wird, wobei die Ausrichtung der Brennkammer und der wenigstens einen Austrittsdüse der wenigstens einen Triebwerkseinheit um eine, insbesondere senkrecht zu einer Längsachse des Lenkflugkörpers ausgerichtete, Drehachse in wenigstens eine erste Ausstoßposition und wenigstens eine zweite Ausstoßposition gedreht wird.
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf das Antriebssystem und den Lenkflugkörper beschrieben wurden, sind vollständig auf das Verfahren übertragbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

Fig. 1: eine schematische Schnittdarstellung eines Lenkflugkörpers mit einem Antriebssystem mit vier Triebwerkseinheiten nach einem ersten Ausführungsbeispiel in einem ersten Betriebszustand;
Fig. 2: einen Lenkflugkörper mit einem Antriebssystem mit vier Triebwerkseinheiten nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3: eine schematische Schnittdarstellung des Lenkflugkörpers von Fig. 1 in einem zweiten Betriebszustand;
Fig. 4: einen Lenkflugkörper mit einem Antriebssystem mit zwei Triebwerkseinheiten nach einem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5a: eine isolierte Darstellung einer Triebwerkseinheit nach einem vierten Ausführungsbeispiel in einem ersten Betriebszustand;
Fig. 5b: eine isolierte Darstellung der Triebwerkseinheit von Fig. 5a in einem zweiten Betriebszustand;
Fig. 6a: eine isolierte Darstellung einer Triebwerkseinheit nach einem fünften Ausführungsbeispiel in einem ersten Betriebszustand; und
Fig. 6b: eine isolierte Darstellung der Triebwerkseinheit von Fig. 6a in einem zweiten Betriebszustand.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Lenkflugkörper 1 mit einem Antriebssystem 2, das ein Triebwerk 3 mit mehreren Triebwerkseinheiten 4-7 aufweist. In dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1-3 beschrieben ist, weist das Triebwerk 3 genau vier Triebwerkseinheiten 4-7 auf. Grundsätzlich ist die Anzahl der Triebwerkseinheiten 4-7 beliebig änderbar. Fig. 2 zeigt schematisch ebenfalls einen Lenkflugkörper 1 mit einem Antriebssystem 2, das ein Triebwerk 3 mit ebenfalls mehreren Triebwerkseinheiten 4, nämlich Triebwerkseinheiten 4-7 aufweist, die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 anders konfiguriert bzw. anders angeordnet sind. Grundsätzlich kann die Beschreibung der beiden Ausführungsbeispiele beliebig untereinander ausgetauscht bzw. aufeinander übertragen werden.
Wie beschrieben, weist der Lenkflugkörper 1 ein Antriebssystem 2 mit einem Triebwerk 3 auf. Bei dem Lenkflugkörper 1, der in Fig. 1 und im Detail in Fig. 3, 4 in verschiedenen Betriebszuständen dargestellt ist, sind eine erste Triebwerkseinheit 4, eine zweite Triebwerkseinheit 5, eine dritte Triebwerkseinheit 6 und eine vierte Triebwerkseinheit 7 vorgesehen. Die erste Triebwerkseinheit 4 weist eine erste Austrittsöffnung 8 auf, die zweite Triebwerkseinheit 5 weist eine zweite Austrittsöffnung 9 auf, die dritte Triebwerkseinheit 6 weist eine dritte Austrittsöffnung 10 und die vierte Triebwerkseinheit 7 weist eine vierte Austrittsöffnung 11 auf. Hierbei ist die erste Austrittsöffnung 8 der ersten Triebwerkseinheit 4 auf einer ersten Umfangsposition 12 des Lenkflugkörpers 1 angeordnet. Ebenso ist die vierte Austrittsöffnung 11 der vierten Triebwerkseinheit 7 ebenfalls auf der ersten Umfangsposition 12 des Lenkflugkörpers 1 angeordnet. Demgegenüber sind die zweite Austrittsöffnung 9 der zweiten Triebwerkseinheit 5 und die dritte Austrittsöffnung 10 der dritten Triebwerkseinheit 6 auf einer zweiten Umfangsposition 13 des Lenkflugkörpers 1 angeordnet, die der ersten Umfangsposition 12 des Lenkflugkörpers 1 gegenüberliegt.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Lenkflugkörper 1 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels ist die Anordnung der Austrittsöffnungen 8-11 anders gewählt. Hierbei sind die erste Austrittsöffnung 8 und die zweite Austrittsöffnung 9 wie zuvor beschrieben angeordnet, nämlich die erste Austrittsöffnung 8 auf der ersten Umfangsposition 12 und die zweite Austrittsöffnung 9 auf der zweiten Umfangsposition 13. Die dritte Austrittsöffnung 10 ist jedoch auf der ersten Umfangsposition 12 und die vierte Austrittsöffnung 11 ist auf der zweiten Umfangsposition 13 angeordnet. Die nachfolgende Beschreibung ist, wie bereits erwähnt, beliebig übertragbar bzw. austauschbar.
Jede der Triebwerkseinheiten 4-7 weist eine Brennkammer 14-17 auf, die mit der jeweiligen Austrittsöffnung 8-11 über eine Verbindungsleitung 18-21 verbunden ist. Hierbei ist jede Austrittsöffnung 8-11 über die ihr zugeordnete Verbindungsleitung 18-21 mit der zugehörigen Brennkammer 14-17 fest verbunden, d.h. nicht relativ zu der Brennkammer 14-17 bewegbar. Den einzelnen Triebwerkseinheiten 4-7 ist in den in Fig. 1-4 gezeigten Ausführungsbeispielen jeweils eine Stelleinrichtung 22-25 zugeordnet, die jeweils eine nicht im Detail dargestellten Aktor und ein Getriebe aufweist, der mit der Brennkammer 14-17 gekoppelt ist, um die Brennkammer 14-17 um eine Drehachse 26, 33-35 zu drehen, insbesondere relativ zu einem Rumpf des Lenkflugkörpers 1. Die Drehachsen 26, 33-35 liegen dabei beispielsweise senkrecht zu einer Längsachse 27 des Antriebssystems 2 bzw. des Lenkflugkörpers 1. Die Längsachse 27 kann beispielsweise mittig durch die kugelförmigen Brennkammern 14-17 verlaufen. Die Längsachse 27 kann insbesondere die Längsmittelachse des Flugkörpers 1 sein. Drehachsen 26, 33-35, die von einer senkrechten Stellung zu der Längsachse 27 abweichend verlaufen, sind ebenso möglich, beispielsweise Drehachsen 26, 33-35, die zu der Längsachse 27 geneigt sind.
Durch die Stelleinrichtungen 22-25 ist es somit möglich, jede der Triebwerkseinheiten 4-7 individuell und unabhängig voneinander um die jeweilige Drehachse 26, 33-35 auszurichten, sodass die Ausstoßpositionen der Austrittsöffnungen 8-11, d.h. diejenigen Richtungen, in denen ein Treibgasstrom die Austrittsöffnungen 8-11 verlassen kann, eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, einen gewünschten Schubvektor einzustellen. Jede der Triebwerkseinheiten 4-7 kann sowohl für die Erzeugung von Längsschub als auch für die Erzeugung von Querschub verwendet werden. Je nach Drehbewegung bzw. je nach Winkel, um den die einzelnen Austrittsöffnungen 8-11, insbesondere unabhängig voneinander, gedreht werden, lässt sich somit ein Schubvektor aus verschiedenen Komponenten einstellen. Hierbei ist beispielhaft in Fig. 1 und 2 dargestellt, dass alle Triebwerkseinheiten 4-7 mit ihren Austrittsöffnungen 8-11 in einer Grundstellung vorliegen, in denen die Austrittsöffnungen 8-11 entlang der Längsachse 27 ausgerichtet sind. Wie beschrieben, kann hierbei durch die Stelleinrichtungen 22-25 individuell für jede Triebwerkseinheit 4-7 abgewichen werden, sodass diese gemäß Pfeil 28 um die Drehachsen 26, 33-35 gedreht werden können.
Zum Beispiel ist in Fig. 3 beispielhaft dargestellt, dass die vierte Triebwerkseinheit 7 um 90° gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Betriebszustand um die Drehachse 35 gedreht wurde. Rein beispielhaft erzeugt in diesem Betriebszustand die erste Triebwerkseinheit 4, die zweite Triebwerkseinheit 5 und die dritte Triebwerkseinheit 6 Längsschub, wobei die vierte Triebwerkseinheit 7 Querschub erzeugt. Die dargestellte Stellung bzw. der dargestellte Betriebszustand ist lediglich als beispielhaft zu verstehen. Ebenso ist es möglich, dass jede der anderen Triebwerkseinheiten 4-7 beliebig in eine andere Ausstoßposition gedreht werden kann, beispielsweise sämtliche Triebwerkseinheiten 4-7 in die Ausstoßposition, in der die vierte Triebwerkseinheit 7 dargestellt ist, um maximalen Querschub zu erzeugen. Hierbei ist es ebenso möglich, dass jede der Triebwerkseinheiten 4-7 vollständig um ihre Drehachse 26, 33-35 gedreht werden kann, d.h. insbesondere um 360°. Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn ausgehend von der Längsschubstellung eine Drehung in +/- 90° erfolgt, sodass aus der Längsschubstellung in eine Querschubstellung in beide Richtungen übergegangen werden kann.
Fig. 4 zeigt einen Lenkflugkörper 1 mit einem Antriebssystem 2, das ein Triebwerk 3 mit beispielhaft zwei Triebwerkseinheiten 4, 5 aufweist. Grundsätzlich ist die vorausgehende Beschreibung bezüglich der Bewegbarkeit der Triebwerkseinheiten 4-7 vollständig auf die Triebwerkseinheiten 4, 5 in Fig. 4 übertragbar. Den Triebwerkseinheiten 4, 5 sind somit ebenfalls Stelleinrichtungen 22, 23 zugeordnet, die die Triebwerkseinheiten 4, 5 um Drehachsen 26, 33, die beispielhaft senkrecht zur Längsachse 27 verlaufen, drehen können, wie dies durch Pfeile 28 dargestellt ist.
Abweichend zu der vorhergehenden Beschreibung weisen die Triebwerkseinheiten 4, 5 jeweils zwei Austrittsöffnungen 8, 8' bzw. 9, 9` auf, die auf den gegenüberliegenden Umfangspositionen 12, 13 des Lenkflugkörpers 1 angeordnet sind. Jeder Brennkammer 14, 15 sind somit zwei Austrittsöffnungen 8, 8`, 9, 9' zugeordnet und über entsprechende Verbindungsleitungen 18, 18', 19, 19' verbunden. Wird die Triebwerkseinheit 4, 5 um die Drehachse 26, 33-35 gedreht (vgl. Pfeile 28) werden beide Austrittsöffnungen 8, 8' bzw. 9, 9` zusammen mit der Brennkammer 14, 15 gedreht.
Das Antriebssystem 2, das in Fig. 4 dargestellt ist, weist ein Rollsystem 29 auf, das beispielsweise zwei Druckkammern 30, 30' und zwei Rolldüsen 31, 32 aufweist, die tangential ausgerichtet sind, sodass diese Treibgas tangential ausströmen können, um eine Rollbewegung des Lenkflugkörpers 1 zu erzeugen, d.h. eine Drehung um die Längsachse 27. Das Rollsystem 29 kann somit dazu verwendet werden eine Rollposition, d.h. eine Ausrichtung des Lenkflugkörpers 1 um seine Längsachse 27 einzustellen oder zu verändern bzw. eine Rollbewegung einzustellen bzw. zu verändern, sodass eine Drehbewegung um die Längsachse 27 eingestellt oder verändert werden kann. Jede Rolldüse 31, 32 kann auch als Doppeldüse ausgeführt sein, die durch ein Ventil gesteuert werden kann, sodass entsprechend in jede der beiden Richtungen Treibgas ausgestoßen werden kann. Das Rollsystem 29 ist in diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt als Kaltgassystem ausgeführt. Demgegenüber sind die Triebwerkseinheiten 4-7 als Heißgassysteme ausgeführt. Es ist ebenso möglich, auch das Rollsystem 29 als Heißgassystem auszuführen.
Fig. 5a, 5b zeigt eine isolierte Darstellung einer Triebwerkseinheit 4-7 in zwei Betriebszuständen, wobei ausgehend von Fig. 5a durch eine Drehung der Triebwerkseinheit 4-7 in den in Fig. 5b dargestellten zweiten Betriebszustand übergegangen werden kann. Die dargestellte Triebwerkseinheit 4-7 kann beispielsweise jede der Triebwerkseinheiten 4-7 aus Fig. 1-3 darstellen. Eine dazu analoge Darstellung findet sich in Fig. 6a, 6b für eine Triebwerkseinheit 4, 5 mit zwei Austrittsöffnungen 8, 8' bzw. 9, 9`. Hierbei kann jede der beiden Triebwerkseinheiten 4, 5 eine der Triebwerkseinheiten aus Fig. 4 darstellen. Grundsätzlich sind, wie beschrieben, sämtliche gezeigten Triebwerkseinheiten 4-7 beliebig kombinierbar bzw. kann ein Antriebssystem 2 eines Lenkflugkörpers 1 beliebige derartige Kombinationen von Triebwerkseinheiten 4-7 aufweisen.
Der Lenkflugkörper 1 mit dem hierin beschriebenen Antriebssystem 2 ermöglicht insbesondere, dass sämtlicher Brennstoff in den Brennkammern 14-17 sowohl für die Erzeugung von Längsschub als auch für die Erzeugung von Querschub wahlweise bzw. bedarfsweise verwendet werden kann. Durch Veränderung der Ausstoßposition der Austrittsöffnungen 8-11 kann flexibel auf die Erfordernisse der Bewegung reagiert werden und so kurzfristig eine Veränderung des Bewegungsvektors erreicht werden.
Wie eingangs erwähnt, sind sämtliche in Bezug auf die einzelnen Fig. und die einzelnen Ausführungsbeispiele beschriebenen Vorteile, Einzelheiten und Merkmale beliebig untereinander austauschbar, aufeinander übertragbar und miteinander kombinierbar.

Claims

Lenkflugkörper (1), umfassend ein Antriebssystem (2) mit einem Triebwerk (3) mit wenigstens einer Triebwerkseinheit (4-7), die eine Brennkammer (14-17) und wenigstens eine in ihrer Ausrichtung fest mit der Brennkammer (14-17) über eine Verbindungsleitung (18-21) verbundene Austrittsdüse (8-11) aufweist und dazu ausgebildet ist, einen Treibgasstrom durch die Austrittsdüse (8-11) auszustoßen, gekennzeichnet durch eine Stelleinrichtung (22-25), die dazu ausgebildet ist, die Ausrichtung der Brennkammer (14-17) und der wenigstens einen Austrittsdüse (8-11) der wenigstens einen Triebwerkseinheit (4-7) um eine, insbesondere senkrecht zu einer Längsachse (27) des Lenkflugkörpers (1) ausgerichtete, Drehachse (26, 33-35) in wenigstens eine erste Ausstoßposition und wenigstens eine zweite Ausstoßposition zu drehen.
Lenkflugkörper (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (22-25) dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Triebwerkseinheit (4-7) in beide Drehrichtungen um wenigstens 90° gegenüber einer Längsachse (27) des Lenkflugkörpers (1) zu drehen.
Lenkflugkörper (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (22-25) dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Triebwerkseinheit (4-7) wahlweise in eine Längsschubstellung oder eine Querschubstellung zu drehen.
Lenkflugkörper (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Querschubstellung der gesamte mittels der Triebwerkseinheit (4-7) erzeugbare Schub als Querschub erzeugbar ist.
Lenkflugkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk (3) wenigstens zwei drehbare Triebwerkseinheiten (4-7) aufweist, die unabhängig voneinander drehbar sind.
Lenkflugkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk (3) vier drehbare Triebwerkseinheiten (4-7) aufweist, deren Austrittsdüsen (8-11) paarweise auf gegenüberliegenden Umfangspositionen (12, 13) des Antriebssystems (2) angeordnet sind.
Lenkflugkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk (3) wenigstens eine drehbare Triebwerkseinheit (4-7) aufweist, die zwei gegenüberliegend angeordnete Austrittsöffnungen (8, 8`, 9, 9`) aufweist.
Lenkflugkörper (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Rollsystem (29), das wenigstens eine tangential an dem Lenkflugkörper (1) ausgerichtete Rolldüse (31, 32) aufweist und dazu ausgebildet ist, durch Ausstoß aus der Rolldüse (31, 32) eine Rollposition und/oder Rollbewegung einzustellen oder zu verändern.
Antriebssystem (2) für einen Lenkflugkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend ein Triebwerk (3) mit wenigstens einer Triebwerkseinheit (4-7), die eine Brennkammer (14-17) und wenigstens eine in ihrer Ausrichtung fest mit der Brennkammer (14-17) über eine Verbindungsleitung (18-21) verbundene Austrittsdüse (8-11) aufweist und dazu ausgebildet ist, einen Treibgasstrom durch die Austrittsdüse (8-11) auszustoßen, gekennzeichnet durch eine Stelleinrichtung (22-25), die dazu ausgebildet ist, die Ausrichtung der Brennkammer (14-17) und der wenigstens einen Austrittsdüse (8-11) der wenigstens einen Triebwerkseinheit (4-7) um eine, insbesondere senkrecht zu einer Längsachse (27) des Lenkflugkörpers (1) ausgerichtete, Drehachse (26, 33-35) in wenigstens eine erste Ausstoßposition und wenigstens eine zweite Ausstoßposition zu drehen.
Verfahren zur Steuerung eines Lenkflugkörper (1), umfassend ein Antriebssystem (2) mit einem Triebwerk (3) mit wenigstens einer Triebwerkseinheit (4-7), die eine Brennkammer (14-17) und wenigstens eine in ihrer Ausrichtung fest mit der Brennkammer (14-17) über eine Verbindungsleitung (18-21) verbundene Austrittsdüse (8-11) aufweist, wobei ein Treibgasstrom durch die Austrittsdüse (8-11) ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Brennkammer (14-17) und der wenigstens einen Austrittsdüse (8-11) der wenigstens einen Triebwerkseinheit (4-7) um eine, insbesondere senkrecht zu einer Längsachse (27) des Lenkflugkörpers (1) ausgerichtete, Drehachse (26, 33-35) in wenigstens eine erste Ausstoßposition und wenigstens eine zweite Ausstoßposition gedreht wird.