ITMI981868A1 - Disposizione di comando di getti trasversali per aerodina con generatore di gas caldo a propellente solido - Google Patents

Description

L'invenzione riguarda una disposizione di comando dei getti trasversali, preferibilmente per il comando su quattro quadranti di una aerodina, secondo il preambolo della rivendicazione 1.

Gli effusori trasversali comandati da un generatore di gas a propellente solido, il cui getto è rivolto perpendicolarmente all'asse longitudinale dell'aerodina da comandare, sono noti in vari modi.

Così, per esempio DE 39 01 041 mostra un missile guidato con un generatore di gas caldo a propellente solido, il cui gas caldo attraversa una molteplicità di effusori distribuiti regolarmente lungo il perimetro estendentesi in direzione sostanzialmente perpendicolare all’asse longitudinale del missile, e la portata di gas attraverso i singoli effusori è regolabile mediante un dispositivo di comando, che comprende per ciascun effusore un organo valvolare, ai quali effusori è associato come organo di regolazione un comando a stella, che presenta una quantità di bracci corrispondente alla quantità di effusori, si estende perpendicolarmente all'asse longitudinale del missile ed è supportato ribaltabilmente su tutti i lati intorno all'asse longitudinale del missile, per cui mediante elettromagneti previsti per ciascun organo valvolare l'effusore prestabilito da un dispositivo di comando è influenzabile per la generazione di una forza trasversale generante una variazione di traiettoria.

Quando il comando a stella non è manovrato, gli effetti dei getti degli effusori trasversali si elidono, mentre per una manovra del comando a stella, a eccezione di un effusore trasversale prestabilito tutti gli altri sono chiusi, per cui dall'effusore traversale prestabilito viene generata la forza trasversale desiderata per la variazione di traiettoria.

La forma di esecuzione dell'organo di regolazione come comando a stella consente soltanto movimenti di regolazione limitati per gli organi valvolari, il che implica movimenti di apertura soltanto limitati per gli organi valvolari , ma in particolare in conseguenza dell'accoppiamento rigido degli organi valvolari di tutti gli effusori trasversali con il comando a stella supportato ribaltabilmente, alla chiusura degli effusori trasversali da escludere avviene soltanto un'apertura dell'effusore trasversale comandato, attraverso la dimensione originaria dell'apertura, per cui sia nella posizione di riposo del comando a stella, sia anche nelle sue posizioni di regolazione, in conseguenza della sezione trasversale di apertura costante risultante avviene un costante del flusso di gas caldo attraverso la totalità degli effusori trasversali .

Quindi, sebbene ogni volta venga richiesta soltanto una direzione delle componenti per la generazione della funzione di spinta trasversale, con il dispositivo di comando noto gli effusori trasversali di tutte le direzioni componenti devono essere manovrabili operativamente in continuazione per il funzionamento dell'intero sistema di comando. Da ciò risulta l'ulteriore inconveniente che la combustione continuamente elevata e non regolata del propellente solido e la capacità di spinta complessiva da ciò derivante rimangono sostanzialmente inutilizzate rispetto alla spinta trasversale utilizzabile o alla sola necessaria, per cui occorre una quantità, una massa e un volume di propellente corrispondentemente più elevati per la missione di comando dei getti trasversali richiesta.

Per eliminare questo inconveniente sarebbe possibile l'impiego di una regolazione del getto di un motore a propellente solido con l'impiego della tecnologia ibrida, in modo che per il comando dei getti trasversali, mediante miscelazione di un'ossidante di dotazione oppure apportato dall'esterno per una combustione non specchiometrica nel propulsore a propellente solido, la pressione nella camera di combustione e quindi la spinta di un motore di propulsore a propellente solido fosse regolabile in un campo di valori definito e quindi le quantità di propellente fossero impiegabili più efficientemente .

In un tale caso l'intera capacità di spinta può venire regolata in senso ascendente quando occorre per il comando della spinta trasversale.

A parte il fatto che un tale sistema richiede una tecnologia di miscelazione molto complessa, a causa della zona di miscelazione richiesta, diviene necessario un ampio volume di ingombro, che è sproporzionato per il raggiungimento dello scopo di un comando della spinta trasversale per aerodina .

E' quindi scopo dell'invenzione, utilizzando il fenomeno di per sé noto della variazione della velocità di combustione di un propulsore a propellente solido per la generazione di gas in dipendenza della pressione nella camera di combustione come parametro costruttivo per l'esecuzione del comando, trarre vantaggio di una nuova disposizione di comando dei getti trasversali per aerodine del tipo in questione, che senza una tecnologia ibrida per la regolazione di un propulsore a propellente solido operi più efficacemente di prima e sia esente dagli inconvenienti delle note disposizioni di comando dei getti trasversali, in particolare nel modo di funzionamento al minimo.

Partendo da una disposizione di comando dei getti trasversali del tipo sopracitato, questo scopo è raggiunto secondo l'invenzione per il fatto che l'organo di regolazione è spostabile a comando rotatoriamente nella posizione angolare e, a seconda del modo di volo richiesto linearmente lungo la sua posizione assiale dalla posizione del minimo alla posizione di spinta e viceversa, ed è eseguito in modo che gli effusori trasversali siano attivabili o disattivabili a comando a intermittenza, singolarmente e indipendentemente gli uni agli altri.

Secondo una forma di esecuzione preferita dell'invenzione, l'organo di regolazione è eseguito come valvola a tre vie scaricata dalla pressione, preferibilmente come pistone supportato con libertà di movimento avanti e indietro nonché rotativa con almeno un canale di efflusso parallelo all'asse impegnato nella superficie perimetrale, che può essere portato in collegamento fluidico con gli effusori trasversali.

Secondo un'altra forma di esecuzione dell'invenzione, l'organo di regolazione è eseguito come un tronco di cono supportato con libertà di rotazione e di traslazione lineare avanti e indietro, con almeno un canale di comando associato agli organi valvolari, in cui gli organi valvolari e l'organo di regolazione sono disposti con i loro assi di azione perpendicolari fra di loro. Gli organi valvolari sono preferibilmente eseguiti come valvole a sede mantenute mediante molle nella loro posizione aperta e guidate ciascuna linearmente mediante un'asta valvolare, alle estremità libere delle aste valvolari essendo associati elementi a rotolamento. Altre caratteristiche dell'invenzione si desumono dalle rivendicazioni dipendenti.

La forma di esecuzione secondo l'invenzione della disposizione di comando dei getti trasversali consente per la prima volta un modo di funzionamento al minimo, nel quale la pressione nella camera di combustione e quindi la velocità di combustione del propellente solido del generatore di gas sono basse, e un modo di spinta, nel quale la pressione nella camera di combustione è elevata e la spinta può venire generata a intermittenza mediante un effusore trasversale in ciascuna delle direzioni delle componenti cartesiane. Poiché il propellente viene impiegato sostanzialmente soltanto per la generazione della spinta nella direzione della componente cartesiana prescelta e non anche per il mantenimento di una capacità di spinta complessiva del sistema, che richiederebbe una alimentazione continua della spinta degli effusori trasversali in direzione di tutte le componenti, il suo consumo è minimizzato, il dispendio costruttivo per la disposizione di comando dei getti trasversali secondo l'invenzione diviene quindi significativamente inferiore e meno oneroso. Inoltre, la forma di esecuzione secondo l'invenzione della disposizione di comando dei getti trasversali consente una esecuzione particolarmente semplice del concetto del comando di una aerodina comandata da getti trasversali, perché un singolo componente serve per il comando della portata, ossia della spinta e della direzione della spinta.

Il comando degli effusori trasversali può avvenire, come indicato, direttamente o indirettamente, in quest'ultimo caso dovendosi comandare i componenti separati come organi di intercettazione tra l'organo di regolazione e l'ingresso degli effusori trasversali. Sia con il comando diretto attraverso un pistone di comando centrale supportato in modo girevole e spostabile assialmente, sia anche con il comando indiretto degli effusori trasversali, è vantaggioso che la forza di reazione degli effusori trasversali contrapposti e la pressione stessa nella camera di combustione possano venire utilizzate anche per incrementare la forza di tenuta, il che da luogo ad una maggiore ermeticità del sistema. Ciò è importante in particolare per piccole aperture degli effusori trasversali.

L'invenzione è descritta nel seguito con riferimento a due esempi di esecuzione rappresentati in modo più o meno schematico nel disegno. In particolare:

la figura 1, una sezione di una prima forma di esecuzione di una disposizione di comando dei getti trasversali secondo l'invenzione, con organo di regolazione disposto nel modo di volo comandato ;

la figura 2, una sezione secondo la linea I-I di figura 1,

la figura 3, una sezione di una seconda forma di esecuzione di una disposizione di comando dei getti trasversali secondo l'invenzione con organo di regolazione disposto nel modo di volo non comandato ;

la figura 4, una vista della disposizione di comandato dei getti trasversali secondo figura 3, e,

la figura 5, la disposizione di comando dei getti trasversali secondo figura 3 con una guida obbligata addizionale.

Una aerodina a movimento automatico, qui non meglio rappresentata, presenta per la guida della fase finale, coma rappresentato nelle figure 1 e 2, quattro cosiddetti diffusori trasversali 10 disposti cartesianamente tra loro, i quali a intermittenza e singolarmente vengono comandati da un organo di regolazione centrale supportato nella struttura 11 dell'aerodina, eseguito come pistone di comando 12. L'organo di regolazione si trova immediatamente all'ingresso 14 degli effusori o eventualmente a monte di esso, e può venire ruotato attraverso un asta di pistone 15 mediante attuatori, ossia un organo di regolazione angolare 16 e un organo di regolazione lineare 17, intorno ad un asse centrale 20, come pure può venire spostato lungo l'asse centrale.

Nel pistone di comando 12 sono ricavati uno o più canali di afflusso 22, 23 estendentesi in direzione assiale lungo l'intera superficie del mantello del pistone, i quali in dipendenza della posizione angolare del pistone di comando alimentano gas di una camera di una combustione 13 qui soltanto accennata del generatore di gas agli effusori trasversali. La posizione angolare del pistone di comando 12 viene regolata di volta in volta attraverso un comando cartesiano di direzione della fase finale dell'aerodina, parimenti qui non rappresentato. Nelle posizioni in cui nessun canale di afflusso 22 è associato nella posizione attiva con uno degli effusori trasversali nella posizione perimetrale corrispondente, rispettiva superficie di mantello del pistone serve da chiusura a tenuta del flusso. In conseguenza dei canali di afflusso 22, 23 previsti in più di uno sulla superficie del mantello del pistone, la corsa rotatoria del pistone di comando 12 per l'accesso a ciascun effusore trasversale per la generazione della rispettiva componente cartesiana di spinta è minimizzata, e le caratteristiche di rotazione della guida della fase finale, fino ad ora presentate, vengono ottimizzate.

Il funzionamento della disposizione sopradescritta è il seguente,

Nel modo di funzionamento al minimo, il pistone di comando 12 è fatto traslare rispetto alla figura 1 nella posizione finale di sinistra non rappresentata, in battuta con una parete frontale 18 che serve da sistema di supporto per l'asta di supporto 15 sulla struttura 15, per cui tutti gli ingressi 14 degli effusori trasversali sono liberi. In questa posizione di commutazione non si può formare una pressione elevata nella camera di combustione, perché tutti gli effusori trasversali sono aperti e la carica di propellente solido del generatore di gas brucia con velocità di combustione minimizzata e quindi è molto economizzato .

Le condizioni di pressione per il funzionamento al minimo per garantire una combustione stabile possono venire adattate mediante la posizione assiale del pistone di comando. Inoltre, il gradiente pressione/tempo all 'aumentare e al ridursi della pressione nella camera di combustione è regolabile mediante un corrispondente programma di comando della regolazione assiale del pistone di comando.

Nel modo di spinta, il pistone di comando 12 viene ruotato verso l'effusore trasversale 10 da attivare mediante l'attuatore (organo di regolazione angolare (16) e poi viene spostato linearmente, ossia assialmente nella posizione di comando rappresentata nella figura 1 mediante l'attuatore 17 (organo di regolazione lineare).

Tre dei quattro ingressi 14 degli effusori.

disposti cartesianamente vengono bloccati. In tal modo la pressione nella camera di combustione e la velocità di combustione del propellente che ivi si trova vengono aumentate molto rapidamente e viene generata una spinta dall'effusore trasversale non bloccato. Questa spinta agisce anche sul pistone di comando 12 e genera una forza di compressione sull'ingresso 14 rispettivamente contrapposto degli effusori trasversali ed accresce quindi la qualità di tenuta locale. Gli ingressi degli effusori trasversali disposti trasversalmente all'effusore trasversale comandato sono ugualmente caricati dalla pressione, e le eventuali perdite di flusso in dipendenza di intercapedini esistenti danno luogo a spinte trasversali che si compensano e non hanno quindi effetto sul comando.

Poiché la pressione nella camera di combustione può venire attivata attraverso i canali di efflusso anche nel vano disposto a sinistra del pitone di comando 12 in figura 1, è possibile una compensazione delle pressioni delle regioni volumetriche nel rapporto tra la superficie del pistone e la superficie dell'asta di pistone davanti e dietro al pistone di comando, per cui si ottiene una compensazione delle forze del pistone di comando, e occorre un minor lavoro di spostamento volumetrico per il movimento assiale del pistone.

La forma di esecuzione rappresentata nelle figure da 3 a 5 mostra un comando indiretto degli effusori trasversali con organi di intercettazione separati fra l'organo di regolazione che serve da elemento di comando e gli ingressi degli effusori trasversali .

In questa forma di esecuzione, come organo di regolazione un cono di comando 30 è supportato girevolmente e con libertà di movimento assiale avanti e indietro mediante un asse 31 del cono di comando nella struttura 32 dell'aerodina. Anche in tal caso l'azionamento del cono di comando avviene tramite l'asse del cono di comando mediante attuatori, ossia l'organo di regolazione angolare 16 e l'organo di regolazione angolare 17, come rappresentato in figura 1. Anche in questa forma di esecuzione sono previsti quattro effusori trasversali 10 nella struttura 32 dell'aerodina, i quali sono disposti cartesianamente tra loro e possono venire comandati a intermittenza e singolarmente attraverso l'organo di regolazione centrale, ossia il suddetto cono di comando 30. A tale scopo, nel cono di comando 30 sono previsti uno o più canali di comando 34 e 35 ad assi paralleli. Mediante i canali di comando la pendenza della superficie del mantello del cono di comando in questa regione viene interrotta. I componenti degli organi di intercettazione associati agli effusori trasversali sono costituiti ciascuno da una valvola a sede o a piattello 30 con una sede di tenuta incorporata attraverso l'ingresso 14 degli effusori trasversali, una punteria di valvola 39 supportata nella struttura 32', che porta all'estremità libera un corpo di rotolamento 41, per esempio una sfera e una molla 42, che tende a mantenere la valvola a piattello nella posizione aperta rappresentata in figura 3. Gli assi di azione 21 degli organi valvolari giacciono perpendicolarmente all'asse di azione 20 del cono di comando 30. L'organo di regolazione centrale è rappresentato in figura 3 nella posizione di regolazione del modo di volo non comandato,,nella quale le punterie di valvola si trovano nella regione del diametro minore del cono di regolazione 30 e mediante le molle 42 vengono mantenute in appoggio sulla superficie perimetrale del cono di comando. Questa, in tale regione,è senza i suddetti canali del cono di comando, la cui sezione trasversale corrisponde qui al diametro dei corpi di rotolamento 41.

Non appena vi sia da eseguire un modo di volo comandato - ossia il comando della guida nella fase finale -, il cono di comando viene ruotato dall'organo di regolazione angolare 16 nella posizione angolare richiesta, ossia nella posizione richiesta per la spinta trasversale, nella quale il canale di comando 34 è contrapposto alla punteria di valvola 39 con il suo corpo di rotolamento, e successivamente mediante l'organo di regolazione lineare 17 viene fatto traslare assialmente verso sinistra rispetto alla figura 3 lungo l'asse di azione 20. Mediante la superficie perimetrale del cono di comando 30, mediante i corpi di rotolamento e le punterie valvolari tutte le valvole a piattello vengono mosse contro l'azione delle molle 42 nella posizione di chiusura, nella quale l'alimentazione del gas agli effusori trasversali è interrotta.

Da ciò è escluso l'effusore del getto trasversale la cui punteria di valvola in conseguenza della posizione angolare impostata del cono di comando può impegnarsi in uno dei canali di comando 34.

La valvola a piattello associata a questa punteria di valvola rimane nella sua posizione di riposo rappresentata in figura 3, perché il canale 34 del cono di comando non ha l'inclinazione della superficie perimetrale del cono di comando.

Soltanto questo effusore trasversale è ora in collegamento fluidico con la camera di combustione non rappresentata in figura 3 e con i suoi collegamenti di alimentazione agli effusori trasversali; soltanto questo effusore trasversale fornisce quindi la componente di spinta trasversale richiesta.

Mediante il moto di regolazione descritto, tre dei quattro effusori trasversali disposti cartesianamente vengono quindi chiusi, per cui la pressione della camera di combustione sale molto rapidamente, il che da luogo ad un aumento della velocità di combustione della camera di combustione, e viene generata la spinta trasversale più forte possibile attraverso l'effusore trasversale aperto.

La forte pressione della camera di combustione da luogo ad un saldo accoppiamento della sede e le valvole chiuse, per cui non possono ivi manifestarsi perdite di pressione.

Nella retrocessione del cono di comando 30, per aprire con sicurezza la valvola a piattello chiusa, secondo figura 5 nella regione del diametro massimo del cono di comando è disposto un elemento di guida obbligato 44, che con il suo braccio libero 45 afferra un perno 46 disposto in corrispondenza degli elementi valvolari, ossia sull'elemento di rotolamento 41, in modo che con la retrocessione nella posizione di riposto rappresentata in figura 5- modo di volo non comandato - la valvola a piattello 38 associata venga obbligatoriamente trasferita nella posizione di apertura.

In tal modo viene garantito che una valvola a piattello eventualmente incollata, in conseguenza della pressione elevata o di incrostazioni, che deve essere retrocessa dalla molla 42, con la retrocessione del cono di comando giunga effettivamente nella sua posizione di apertura.

Come risulta da quanto sopra, il funzionamento della forma di esecuzione sopra descritta corrisponde sostanzialmente al funzionamento della forma di esecuzione descritta inizialmente della disposizione di comando della spinta trasversale. Entrambe le forme di esecuzione hanno in comune il fatto che l'organo di regolazione e comando rispettivamente 12 e 30 provoca sia la regolazione della pressione nella camera di combustione, sia anche direttamente di volta in volta il comando della direzione cartesiana della spinta trasversale.

In tal modo è garantito che nel modo di funzionamento al minimo la pressione nella camera di combustione sia più bassa e quindi sia inferiore anche la velocità di combustione del propellente solido, mentre nel modo di spinta la pressione nella camera di combustione, in conseguenza della chiusura dei tre effusori trasversali viene regolata fra essi su un valore alto e la spinta in conseguenza dell'apertura di un effusore trasversale può venire generata a intermittenza di volta in volta in una delle direzioni cartesiane delle componenti di spinta.

Poiché il propellente viene impiegato specificatamente soltanto per la generazione della spinta nella direzione prescelta e non anche per il mantenimento di un potere di spinta complessivo del sistema, che richiede il mantenimento di un'alimentazione continua della spinta su tutte le direzioni delle componenti, il consumo di propellente è minimizzato. Le condizioni di pressione al minimo possono venire adattate mediante una scelta della geometria della sede di tenuta delle valvole. Inoltre, è possibile regolare le corrispondenti condizioni di caduta di pressione nella camera di combustione anche mediante una corrispondente impostazione del cono di comando lungo il suo asse attivo 20, il che corrisponde ad un intervento corrispondentemente ritardato o anticipato di ciascuna punteria valvolare nel canale di comando associato.

Il gradiente pressione/tempo all'aumento e alla riduzione della pressione nella camera di combustione è regolabile anche mediante un corrisponde programma di comando per la traslazione del cono di comando lungo asse attivo 20. Infine, il valore della pendenza del cono di comando dell'organo di regolazione 30 e la misura del suo movimento lineare sono scelti in dipendenza della corsa di regolazione degli organi valvolari 38, 39 necessari per la variazione di pressione nel generatore di gas caldo a propellente solido 13.

La scelta di materiali resistenti alle alte temperature per le disposizioni dei getti trasversali descritte è dipendente dal tipo di propellente impiegato, dalla temperatura di combustione necessaria nella camera di combustione e dalla durata della combustione, corrispondente alla durata necessaria della missione dell'aerodina da comandare.

Al riguardo sono adatti materiali durevoli resistenti alle alte temperature fino a circa 2500°C, in particolare per la combinazione valvola a piattello-sede di tenuta degli organi di regolazione, fortemente sollecitata termicamente ed erosivamente. Inoltre, gli organi di regolazione e/o gli organi di comando devono essere montati termoisolati rispetto alla camera di combustione.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Disposizione di comando dei getti trasversali, preferibilmente per il comando su quattro quadranti di una aerodina con l'impiego di effusori trasversali comunicanti con un generatore di gas a propellente solido, ai quali sono associati organi valvolari, per la cui manovra fra un modo di volo non comandato e uno comandato è previsto un organo di regolazione comune, caratterizzata dal fatto che l'organo di regolazione (12, 30) è supportato in modo spostabile a comanda rotatoriamente nella sua posizione angolare (attuatore 16) e, a seconda del modo di volo richiesto, linearmente (attuatore 17) lungo la sua posizione assiale, ed è eseguito in modo che gli effusori trasversali (20) siano attivabili o disattivabili a comando a intermittenza, singolarmente e indipendentemente gli uni dagli altri.
2. 2. Disposizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'organo di regolazione 12, è eseguito come valvola a distributore rotante scaricata dalla pressione.
3. 3. Disposizione secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzata dal fatto che la valvola a distributore è eseguita come un pistone (12) supportato in modo mobile avanti e indietro nonché rotativamente, con almeno un canale di afflusso (22) parallelo all'asse, impegnantesi nella superficie perimetrale, il quale può essere portato in collegamento fluidico con gli effusori trasversali (10).
4. 4. Disposizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che l'organo di regolazione è eseguito come un tronco di cono (30) supportato in modo spostabile rotativamente e linearmente avanti e indietro, con almeno un canale di comando (34) associato agli organi valvolari (38, 39, 42).
5. 5. Disposizione secondo le rivendicazioni 1 e 4, caratterizzata dal fatto che gli organi valvolari sono eseguiti come valvole a sede (38) mantenute da molle nella loro posizione aperta e l'organo di regolazione è eseguito come cono di comando supportato in modo spostabile avanti e indietro nonché girevolmente, presentante canale di comando (34) atti ad essere portati in collegamento attivo con gli organi valvolari, e che gli assi di azione (20, 21) dell'organo di regolazione e degli organi valvolari sono disposti perpendicolarmente tra loro.
6. 6. Disposizione secondo le rivendicazioni 1, 4 e 5, caratterizzata dal fatto che il valore della pendenza del cono di comando dell'organo di regolazione (30) e l'entità del suo movimento lineare sono scelte in dipendenza della corsa di regolazione degli organi valvolari (38, 39) necessaria per la variazione di pressione nel generatore di gas a propellente solido (13).
7. 7. Disposizione secondo le rivendicazioni 1, da 4 a 6, caratterizzata dal fatto che alle estremità libere delle aste valvolari (39) sono associati elementi di rotolamento (41).
8. 8. Disposizione secondo le rivendicazioni 1, da 4 a 7, caratterizzata dal fatto che all'organo di regolazione (30) sono associati in corrispondenza della regione dell'apertura iniziale delle valvole a piattello (38) organi di guida obbligata (44, 45) generanti una fessura di apertura. .
9. 9. Disposizione secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che in corrispondenza degli organi valvolari (41) sono disposti perni (46) associati agli organi di guida obbligata (44, 45)