WO2021072464A1 - Fallschirmsystem für einen flugkörper - Google Patents

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WO2021072464A1
WO2021072464A1 PCT/AT2020/060355 AT2020060355W WO2021072464A1 WO 2021072464 A1 WO2021072464 A1 WO 2021072464A1 AT 2020060355 W AT2020060355 W AT 2020060355W WO 2021072464 A1 WO2021072464 A1 WO 2021072464A1
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parachute
gas flow
stabilization
cartridge
gas
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PCT/AT2020/060355
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Stefan LIENHART
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Glovetac Gmbh
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    • F42B10/48—Range-reducing, destabilising or braking arrangements, e.g. impact-braking arrangements; Fall-retarding means, e.g. balloons, rockets for braking or fall-retarding
    • F42B10/56—Range-reducing, destabilising or braking arrangements, e.g. impact-braking arrangements; Fall-retarding means, e.g. balloons, rockets for braking or fall-retarding of parachute or paraglider type
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    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/26—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using jets

Definitions

  • the invention relates to a parachute system for a missile, preferably an unmanned missile, the parachute system comprising a parachute and a gas-operated release system for the parachute, which is designed to output a first gas flow in or around an opening direction of the parachute to open the parachute.
  • gas-operated release systems are used in some cases, as are known, for example, from the documents CN207683774, CN108146639, CN206476121, CN108657444 and CN205971874.
  • parachute systems of this type do not offer sufficient safety for the unmanned aircraft, particularly near the ground.
  • the compressed gas causes the missile to move abruptly downwards, so that the missiles are subject to an increased rate of fall, at least for a short time.
  • parachute systems can be used in which a faster opening parachute is used, but which as a rule have a lower braking force.
  • the compressed gas could be released at a higher speed in order to unfold the parachute more quickly, but this results in the compressed gas causing an even higher downward movement.
  • the pressurized gas is released from the release system with a lower mass flow.
  • JP 2019/069749 A discloses a spacecraft with a parachute for controlled landing. To deploy the parachute, a gas flow is released in the direction of the parachute.
  • this flying object also includes an additional device which lets out a further gas flow essentially counter to the opening direction of the parachute. This further device is through the powerful internal combustion engine of the deployment system of the parachute, through a separate ion motor or through a separate Hall drive and is therefore not suitable for lightweight applications.
  • the parachute system comprises a parachute and a gas-operated release system for the parachute, which is designed to output a first gas flow in or around an opening direction of the parachute in order to open the parachute, the parachute system comprising a gas-operated stabilization system, which is designed to do so is to output a second gas flow essentially in the opposite direction to the opening direction mentioned for braking the missile, and to provide torque compensation between the first gas flow and the second gas flow in at least one operating mode, the triggering system and / or the stabilization system for outputting the gas flows each having at least one are connected to a cartridge filled with pressurized gas.
  • a stabilization system which emits a second gas flow in an essentially opposite direction to the first gas flow of the triggering system.
  • a recoil force is transmitted to the parachute system and thus to the missile, which preferably helps to slow down the falling speed of the missile even before the parachute is opened.
  • the output of the second gas flow while providing torque compensation has the effect that when the parachute is triggered, no or less recoil force is transmitted to the missile, which consequently increases the safety of the missile close to the ground.
  • Cartridges have the advantage that they are inexpensive and, in particular, can output a large volume of pressurized gas.
  • the compressed gas CO 2 is particularly preferred.
  • the triggering system and the stabilization system are preferably designed to output the gas flows in such a way that a recoil force of the second gas flow corresponds to at least one recoil force of the first gas flow.
  • the parachute system can only include the mentioned operating mode, for example if the stabilization system has a rigid stabilization nozzle.
  • the stabilization system preferably also has a stabilization mode that is set, for example, before the mentioned operating mode in order to compensate for any torque of the missile that may already be present or a tilted position thereof.
  • the stabilization system and / or the release system can be designed to provide a torque to compensate for a rotary movement of the parachute system in the stabilization mode by means of the first gas flow and / or the second gas flow. This enables the missile to be brought out of a wobbling motion or tilted position even if a steering or control system specific to the missile is not functional.
  • the stabilization system can comprise a control unit which is designed to counteract the rotary movement with selective control of at least two stabilization nozzles and / or a change in a direction of the second gas flow.
  • a control unit which is designed to counteract the rotary movement with selective control of at least two stabilization nozzles and / or a change in a direction of the second gas flow.
  • Both possibilities offer particularly efficient variants to stabilize the missile, with at least two stabilization nozzles creating a further improved stabilization if these are arranged at a distance in a direction normal to the opening direction of the parachute.
  • three or more stabilization nozzles can be arranged in a circle around the opening direction.
  • the parachute system can be designed to activate the stabilization system before the release system. This prevents a recoil force of the first gas flow from acting on the missile first, which would increase the speed of fall.
  • the preferred solution is through the temporal The process ensures that the falling speed of the missile is reduced first, which can further increase the safety of the parachute system.
  • pressurized gas cartridges are used, it is possible, for example, to provide an upwardly discharging cartridge for the triggering system and a downwardly discharging cartridge for the stabilization system, which is arranged essentially below the cartridge of the triggering system, so that the first and second gas flows run collinearly, whereby the torque compensation is given.
  • the terms “down” and “up” relate here to an attitude of the aircraft.
  • the release system with a first cartridge arranged essentially under the parachute to provide the first gas flow and the stabilization system with at least one second cartridge arranged next to the first cartridge is connected to provide the second gas flow, wherein the stabilization system comprises at least one stabilization nozzle which deflects the second gas flow provided by the second cartridge and emits it in a direction that is opposite and collinear to the opening direction of the parachute.
  • the triggering system and the stabilizing system can be connected to a common cartridge, an output line being attached to the cartridge, from which the first gas flow and the second gas flow are branched off by means of a valve.
  • This solution is characterized by a particularly small space requirement, since only one cartridge is used.
  • the parachute system can preferably also comprise a control unit which controls the valve in order to regulate a ratio of the first gas flow and the second gas flow.
  • the ratio of the recoil forces can thus be adapted dynamically, for example to external influences.
  • a particularly advantageous release system can be achieved if the cartridge is pre-tensioned in a housing by means of a spring and held in the pre-tensioned state by means of a retaining pin before the parachute system is triggered, and the retaining pin for triggering the parachute system is detachable, with the Cartridge is pressed against a piercing valve by means of the spring.
  • This enables a trigger mechanism that is particularly immune to errors, since electromechanical components can largely be dispensed with.
  • FIG. 1 shows a parachute system according to the invention with a closed parachute in a first perspective view.
  • FIG. 2 shows the parachute system from FIG. 1 in a further perspective view.
  • FIG. 3 shows the parachute system from FIG. 1 with the parachute open.
  • FIG. 4 shows the parachute system from FIG. 1 in a sectional view.
  • FIG. 5a shows a detailed view of the deployment mechanism of the parachute system from FIG. 1 before deployment in a sectional view.
  • FIG. 5b shows a detailed view of the deployment mechanism of the parachute system from FIG. 1 after deployment in a sectional view.
  • Figures 1 and 2 show a parachute system 1, which is designed for a missile not shown in detail.
  • the missile can for example be an unmanned missile such as a drone, but could also be used for manned missiles.
  • the parachute system 1 comprises a parachute 2 which can be opened by means of a release system 3.
  • the parachute 2 is received in a parachute basket 4 in the closed state.
  • the parachute 2 could also be in a collapsed state without a parachute cage 4, or it could be stored using other aids.
  • FIG. 3 shows the parachute 2 in an open state after it has been opened by the release system 3. It can be seen that the parachute 2 is mounted on the parachute cage 4 mentioned. In other embodiments, however, it is also possible for the parachute 2 to be mounted at other locations on the parachute system 1 or also on the missile itself.
  • the parachute system 1 also includes a stabilization system 5 in addition to the release system 3. This is used to compensate for a recoil force generated by the release system 3 when the parachute 2 opens and the parachute system 1 and subsequently the entire missile downwards, ie in the direction of the ground, accelerated.
  • the stabilization system 5 also transmits a recoil force which, for example, corresponds to the amount of the recoil force of the triggering system 3.
  • the stabilization system 5 is designed to provide a torque compensation between the recoil forces mentioned in at least one operating mode, so that the parachute system 1 and consequently the missile does not twist during stabilization.
  • FIG. 4 shows the structure of the parachute system 1 and the interaction of the release system 3 and the stabilization system 5 in detail.
  • the triggering system 3 for opening the parachute 2 emits a first gas flow 6 in or around an opening direction RI of the parachute 2 which, for example, is directed vertically upwards when the missile is in a flight position.
  • the opening direction RI means that the first gas flow 6 can either run collinearly with respect to the opening direction RI or conical or cylindrical to it.
  • the stabilization system 5 emits a second gas flow 7 opposite to the opening direction RI mentioned, i.e. in or around a further direction R2 which is opposite to the opening direction RI mentioned.
  • this further direction R2 can, for example, be collinear with the opening direction RI mentioned.
  • the first gas flow 6 is output collinear to the opening direction RI and the second gas flow 7 is output collinearly and opposite to the first gas flow 6.
  • the second gas flow 7 could also be formed by several partial gas flows, for example cylindrical or conical the direction R2 are output, whereby tilting of the parachute system 1 and thus of the missile is further prevented.
  • the output of the second gas flow 7 opposite to the opening direction RI of the parachute transmits a further force to the parachute system 1, which at least partially compensates for the recoil force of the first gas flow 6, whereby an acceleration in the direction of fall can be counteracted.
  • the recoil force generated by the second gas flow 7 can be equal to the recoil force generated by the first gas flow 6.
  • the stabilization system 5 and the release system 3 could be activated at the same time however, the stabilization system 5 can also be activated before or after the release system 3.
  • the triggering system 3 can be connected to a cartridge 8 filled with pressurized gas, as in the examples shown.
  • the cartridge 8 can be designed to be exchangeable, so that it can be exchanged with a new cartridge after it has been triggered or for maintenance purposes.
  • the cartridge 8 can, for example, store CO2 stored under pressure, so that it corresponds to a cartridge 8 that is freely commercially available. However, other gases can also be stored.
  • an explosive body can also be used which emits gas after ignition, as is known, for example, from airbags.
  • gas after ignition as is known, for example, from airbags.
  • such embodiments usually do not emit enough gas, so that this is only suitable for small parachutes.
  • the stabilization system 5 can also be connected to a cartridge 9, which can be designed like the cartridge 8 of the triggering system.
  • the cartridges 8, 9 can store the same or different gas with the same or different filling quantity.
  • the release system 3 and the stabilization system 5 can share a cartridge 8, as will be explained in detail below.
  • FIG. 4 shows that the cartridge 8 of the deployment system 3 can be arranged essentially under the parachute 2 and thus directs the first gas flow 6 via a valve 10 directly into the opening direction RI into the parachute 2.
  • the cartridge 8 is here thus collinear to the opening direction RI.
  • the cartridge 8 could also be laterally offset or / or arranged at an angle to the opening direction RI if the valve 10 offers such a diversion of the gas flow 6 in the opening direction RI.
  • the stabilization system 5 for providing the second gas flow 7 has its own cartridge 9, which is arranged next to the first cartridge 8. A low overall height of the parachute system 1 can thereby be achieved. However, since two cartridges 8, 9 arranged next to one another would transmit a torque to the parachute system 1, the stabilization system 5 comprises at least one stabilization nozzle 11, which is the second one provided by the second cartridge 9 Gas flow 6 deflects and emits in the direction R2, which is opposite and collinear to the opening direction RI of the parachute 2.
  • the parachute system 1 can also include a functionality by means of which a stabilization mode is achieved.
  • the stabilization system 5 and / or the release system 3 can be designed to provide a torque to compensate for a rotational movement or an inclined position of the parachute system 1 by means of the first gas flow 6 and / or the second gas flow 7.
  • the parachute system 1 can comprise a gyro sensor, for example.
  • the stabilization mode can be started, for example, before the aforementioned operating mode, in which torque compensation is provided between the first gas flow and the second gas flow.
  • the stabilization mode can also only be started after the operating mode and in this case, for example, only after the parachute has been fully opened in order to compensate for an inclination or rotational movement caused by external influences, in particular by wind.
  • the parachute system 1 can for example comprise at least two stabilization nozzles 11, which can be selectively controlled, or one or more directional stabilization nozzles 11, which can change the direction of the second gas flow 7.
  • the parachute system 1 can comprise a control unit which can be connected to said gyro sensor and can start and control the stabilization mode in response to its measured values.
  • the mentioned at least two stabilization nozzles or at least one directionally variable stabilization nozzle 11 are preferably nozzles of the stabilization system 5, but can additionally or alternatively be nozzles of the triggering system 3.
  • a joint cartridge filled with compressed gas can also be used.
  • a discharge line can be attached to the common cartridge, from which the first gas flow 6 and the second gas flow 7 are branched off by means of a valve.
  • the gas flows 6, 7 can, for example, be diverted by means of hoses attached to the valve in such a way that they are output in collinear, opposite directions.
  • the parachute system 1 can also comprise a control unit which controls the valve in order to regulate a ratio of the first gas flow 6 and the second gas flow 7.
  • the control unit can be designed together with the above-mentioned control unit, for example as a processor unit.
  • FIGS. 5a and 5b show the release mechanism of the release system 3. It goes without saying that the release mechanism can be used in the same way for the stabilization system 5.
  • the cartridge 8 is pretensioned in a housing 12 by means of a spring 13, which can be seen in FIG. 4, and held in the pretensioned state by means of a retaining pin 14.
  • the retaining pin 14 is designed to be displaceable away from the cartridge 8, but could in general also be designed to be detachable, e.g. foldable.
  • the holding pin 14 is released, e.g. in the example shown, moved away from the cartridge 8, so that the cartridge 8 is pressed by the spring 13 onto the valve 10, which in the example shown as a piercing valve is trained.
  • the cartridge 8 is opened by this piercing, so that the pressurized gas exits through the valve 10.
  • the cartridges 8, 9 can be held in the release system 3 or in the stabilization system 5 by means of screw-on covers 15. In order to replace the cartridges 8, 9, only the corresponding cover 15 has to be loosened, whereby the cartridge 8, 9 becomes accessible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fallschirmsystem (1) für einen Flugkörper, bevorzugt einen unbemannten Flugkörper, wobei das Fallschirmsystem (1) einen Fallschirm (2) und ein gasbetriebenes Auslösesystem (3) für den Fallschirm (2) umfasst, welches dazu ausgebildet ist, zur Öffnung des Fallschirms (2) einen ersten Gasstrom (6) in oder um eine Öffnungsrichtung (RI) des Fallschirms (2) auszugeben, wobei das Fallschirmsystem (1) ein gasbetriebenes Stabilisierungssystem (5) umfasst, welches dazu ausgebildet ist, zur Bremsung des Flugkörpers einen zweiten Gasstrom (7) im Wesentlichen gegengleich zur genannten Öffnungsrichtung (RI) auszugeben, und in zumindest einem Betriebsmodus einen Drehmomentausgleich zwischen dem ersten Gasstrom (6) und dem zweiten Gasstrom (7) bereitzustellen

Description

Fallschirmsystem für einen Flugkörper
Die Erfindung betrifft ein Fallschirmsystem für einen Flugkörper, bevorzugt einen unbemannten Flugkörper, wobei das Fallschirmsystem einen Fallschirm und ein gasbetriebenes Auslösesystem für den Fallschirm umfasst, welches dazu ausgebildet ist, zur Öffnung des Fallschirms einen ersten Gasstrom in oder um eine Öffnungsrichtung des Fallschirms auszugeben.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Drohnen und andere unbemannte Flugkörper mittels eines Fallschirms vor Abstürzen zu sichern. Dazu werden vereinzelt gasbetriebene Auslösesysteme eingesetzt, wie sie beispielsweise aus den Schriften CN207683774, CN108146639, CN206476121, CN108657444 und CN205971874 bekannt sind.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Fallschirmsysteme insbesondere in Bodennähe keine ausreichende Sicherheit für das unbemannte Flugzeug bieten. Je nach Ausführungsform des Auslösemechanismus verursacht das Druckgas eine stoßartige Abwärtsbewegung des Flugkörpers, sodass die Flugkörper zumindest kurzfristig einer erhöhten Fallgeschwindigkeit unterliegen.
Zur Lösung dieses Problems können Fallschirmsysteme eingesetzt werden, bei denen ein schneller öffnender Fallschirm eingesetzt wird, welche in der Regel jedoch eine geringere Bremskraft aufweisen. Alternativ könnte das Druckgas zum schnelleren Aufspannen des Fallschirms mit einer höheren Geschwindigkeit ausgelassen werden, was jedoch dazu führt, dass das Druckgas eine noch höhere Abwärtsbewegung verursacht. Eine andere Alternative ist, dass das Druckgas mit einem geringeren Massenstrom vom Auslösesystem ausgelassen wird. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass sich der Fallschirm langsamer und unzuverlässiger öffnet, sodass das Problem der zu geringen Sicherheit in Bodennähe weiterhin besteht.
Aus der Raumfahrt ist überdies bekannt, Fallschirmsysteme mit leistungsstarken Gasströmen zur Lagesteuerung des Raumfahrzeugs zu kombinieren. Beispielsweise ist aus der Schrift JP 2019/069749 A ein Weltraumfahrzeug mit einem Fallschirm zur kontrollierten Landung bekannt. Zur Auslösung des Fallschirms wird ein Gasstrom in Richtung des Fallschirms ausgelassen. Zusätzlich umfasst dieses Flugobjekt auch eine zusätzliche Einrichtung, die einen weiteren Gasstrom im Wesentlich entgegen der Öffnungsrichtung des Fallschirms auslässt. Diese weitere Einrichtung ist durch den leistungsstarken Verbrennungsmotor des Auslösesystems des Fallschirms, durch einen gesonderten Ionenmotor oder durch einen gesonderten Hallantrieb angetrieben und eignet sich daher nicht für leichtgewichtige Anwendungen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Fallschirmsystem für einen Flugkörper zu schaffen, bevorzugt für einen unbemannten Flugkörper, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Zur Lösung dieser Aufgabe umfasst das Fallschirmsystem einen Fallschirm und ein gasbetriebenes Auslösesystem für den Fallschirm umfasst, welches dazu ausgebildet ist, zur Öffnung des Fallschirms einen ersten Gasstrom in oder um eine Öffnungsrichtung des Fallschirms auszugeben, wobei das Fallschirmsystem ein gasbetriebenes Stabilisierungssystem umfasst, welches dazu ausgebildet ist, zur Bremsung des Flugkörpers einen zweiten Gasstrom im Wesentlichen gegengleich zur genannten Öffnungsrichtung auszugeben, und in zumindest einem Betriebsmodus einen Drehmomentausgleich zwischen dem ersten Gasstrom und dem zweiten Gasstrom bereitzustellen, wobei das Auslösesystem und/oder das Stabilisierungssystem zur Ausgabe der Gasströme jeweils mit zumindest einer mit Druckgas gefüllten Kartusche verbunden sind.
Zur Lösung des eingangs genannten Problems wird ein Stabilisierungssystem eingesetzt, welches einen zweiten Gasstrom in im Wesentlichen entgegengesetzter Richtung zum ersten Gasstrom des Auslösesystems ausgibt. Durch die Ausgabe des zweiten Gasstroms wird eine Rückstoßkraft auf das Fallschirmsystem und damit auf den Flugkörper übertragen, die bevorzugt bereits vor Öffnung des Fallschirms dabei hilft, die Fallgeschwindigkeit des Flugkörpers abzubremsen.
In Versuchen hat sich jedoch herausgestellt, dass ein willkürliches Auslassen des zweiten Gasstroms selbst in einer Richtung parallel zur Auslassrichtung des ersten Gasstroms nicht zum gewünschten Erfolg führt, da der Flugkörper zu Taumeln beginnt und sich der Fallschirm somit nicht zuverlässig öffnen kann. Es ist daher notwendig, gleichzeitig mit dem Ausgeben des zweiten Gasstroms einen Drehmomentausgleich bereitzustellen, um ein Taumeln des Flugkörpers zu verhindern. Der Drehmomentausgleich ist beispielsweise gegeben, wenn der erste Gasstrom und der zweite Gasstrom derart ausgegeben werden, dass das Fallschirmsystem gegenüber der Öffnungsrichtung des Fallschirms stabilisiert wird.
Die Ausgabe des zweiten Gasstroms unter Bereitstellung eines Drehmomentausgleichs bewirkt somit, dass durch das Auslösen des Fallschirms keine bzw. eine geringere Rückstoßkraft auf den Flugkörper übertragen wird, wodurch in der Folge eine erhöhte Sicherheit des Flugkörpers in Bodennähe erzielt wird. Kartuschen haben den Vorteil, dass sie günstig sind und insbesondere ein großes Volumen an Druckgas ausgeben können. Besonders bevorzugt ist das Druckgas CO2.
Bevorzugt sind das Auslösesystem und das Stabilisierungssystem überdies dazu ausgebildet, die Gasströme derart auszugeben, dass eine Rückstoßkraft des zweiten Gasstroms zumindest einer Rückstoßkraft des ersten Gasstroms entspricht. Dadurch wird insgesamt entweder überhaupt keine Rückstoßkraft beim Auslösen des Fallschirms auf den Flugkörper übertragen oder sogar eine negative Rückstoßkraft, sodass die Fallgeschwindigkeit bereits vor dem Aufspannen des Fallschirms reduziert werden kann.
Im einfachsten Fall kann das Fallschirmsystem nur den genannten Betriebsmodus umfassen, beispielsweise wenn das Stabilisierungssystem eine starre Stabilisationsdüse aufweist. Bevorzugt weist das Stabilisierungssystem jedoch auch einen Stabilisierungsmodus auf, der beispielsweise bereits vor dem genannten Betriebsmodus eingestellt wird, um ein eventuell bereits vorhandenes Drehmoment des Flugkörpers oder eine Schieflage dessen auszugleichen. Dazu kann das Stabilisierungssystem und/oder das Auslösesystem dazu ausgebildet sein, im Stabilisierungsmodus mittels des ersten Gasstroms und/oder des zweiten Gasstroms ein Drehmoment zur Kompensation einer Drehbewegung des Fallschirmsystems bereitzustellen. Dies ermöglicht, dass der Flugkörper selbst dann aus einer Taumelbewegung bzw. Schieflage herausgeholt werden kann, wenn eine dem Flugkörper eigene Lenkung oder Steuerung nicht funktionsfähig ist.
Um den Stabilisierungsmodus umzusetzen, kann das Stabilisierungssystem eine Steuereinheit umfassen, welche dazu ausgebildet ist, der Drehbewegung unter selektiver Ansteuerung von zumindest zwei Stabilisierungsdüsen und/oder einer Änderung einer Richtung des zweiten Gasstroms entgegenzuwirken. Beide Möglichkeiten bieten besonders effiziente Varianten, um den Flugkörper zu stabilisieren, wobei durch zumindest zwei Stabilisierungsdüsen eine weiter verbesserte Stabilisierung geschaffen wird, wenn diese in einer Richtung normal zu der Öffnungsrichtung des Fallschirms beabstandet angeordnet werden. Beispielsweise können drei oder mehr Stabilisierungsdüsen kreisförmig um die Öffnungsrichtung angeordnet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Fallschirmsystem dazu ausgebildet sein, das Stabilisierungssystem vor dem Auslösesystem zu aktivieren. Dadurch wird verhindert, dass zuerst eine Rückstoßkraft des ersten Gasstroms auf den Flugkörper wirken könnte, was die Fallgeschwindigkeit erhöhen würde. Die bevorzugte Lösung stellt durch den zeitlichen Ablauf sicher, dass zuerst die Fallgeschwindigkeit des Flugkörpers reduziert wird, wodurch die Sicherheit des Fallschirmsystems weiter erhöht werden kann.
Wenn Druckgaskartuschen eingesetzt werden, ist es beispielsweise möglich, eine nach oben auslassende Kartusche für das Auslösesystem vorzusehen und eine nach unten auslassende Kartusche für das Stabilisierungssystem, die im Wesentlichen unter der Kartusche des Auslösesystems angeordnet ist, sodass der erste und der zweite Gasstrom kollinear verlaufen, wodurch der Drehmomentausgleich gegeben ist. Die Begriffe „unten“ und „oben“ beziehen sich hier auf eine Fluglage des Fluggeräts.
Da eine derartige Lösung am Flugkörper in Öffnungsrichtung des Fallschirms einen sehr großen Raum einnimmt, wird bevorzugt, wenn das Auslösesystem mit einer im Wesentlichen unter dem Fallschirm angeordneten ersten Kartusche zur Bereitstellung des ersten Gasstroms und das Stabilisierungssystem mit zumindest einer neben der ersten Kartusche angeordneten zweite Kartusche zur Bereitstellung des zweiten Gasstroms verbunden ist, wobei das Stabilisierungssystem zumindest eine Stabilisierungsdüse umfasst, welche den von der zweiten Kartusche bereitgestellten zweiten Gasstrom umlenkt und in eine Richtung ausgibt, die entgegengesetzt und kollinear zur Öffnungsrichtung des Fallschirms liegt.
Weiters alternativ können das Auslösesystem und das Stabilisierungssystem mit einer gemeinsamen Kartusche verbunden sein, wobei eine Ausgabeleitung an die Kartusche ansetzt, von welcher der erste Gasstrom und der zweite Gasstrom mittels eines Ventils abgezweigt werden. Diese Lösung zeichnet sich durch einen besonders geringen Raumbedarf aus, da nur eine Kartusche verwendet wird.
Das genannte Ventil könnte bereits voreingestellt werden, was eine technisch besonders einfache und fehlerunanfällige Lösung bietet. Bevorzugt kann jedoch in der genannten Ausführungsform auch das Fallschirmsystem eine Regeleinheit umfassen, die das Ventil ansteuert, um ein Verhältnis des ersten Gasstroms und des zweiten Gasstroms zu regulieren. Somit kann das Verhältnis der Rückstoßkräfte dynamisch angepasst werden, beispielsweise an äußere Einflüsse.
Ein besonders vorteilhaftes Auslösesystem kann erzielt werden, wenn die Kartusche vor einer Auslösung des Fallschirmsystems in einem Gehäuse mittels einer Feder vorgespannt und mittels eines Haltepins im vorgespannten Zustand gehalten wird, und der Haltepin zur Auslösung des Fallschirmsystems lösbar ausgebildet ist, wobei beim Lösen des Haltepins die Kartusche mittels der Feder gegen ein Einstechventil gedrückt wird. Dies ermöglicht einen besonders fehlerunanfälligen Auslösemechanismus, da auf elektromechanische Komponenten großteils verzichtet werden kann.
Das erfindungsgemäße Fallschirmsystem wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fallschirmsystem mit geschlossenem Fallschirm in einer ersten Perspektivansicht.
Figur 2 zeigt das Fallschirmsystem von Figur 1 in einer weiteren Perspektivansicht.
Figur 3 zeigt das Fallschirmsystem von Figur 1 mit geöffnetem Fallschirm.
Figur 4 zeigt das Fallschirmsystem von Figur 1 in einer Schnittansicht.
Figur 5a zeigt eine Detailansicht des Auslösemechanismus des Fallschirmsystems von Figur 1 vor dem Auslösen in einer Schnittansicht.
Figur 5b zeigt eine Detailansicht des Auslösemechanismus des Fallschirmsystems von Figur 1 nach dem Auslösen in einer Schnittansicht.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Fallschirmsystem 1, welches für einen für einen nicht weiter dargestellten Flugkörper ausgelegt ist. Der Flugkörper kann beispielsweise ein unbemannter Flugkörper wie eine Drohne sein, könnte jedoch auch für bemannte Flugkörper eingesetzt werden.
Das Fallschirmsystem 1 umfasst einen Fallschirm 2, der mittels eines Auslösesystems 3 öffenbar ist. Im dargestellten Beispiel ist der Fallschirm 2 im geschlossenen Zustand in einem Fallschirmkorb 4 aufgenommen. Alternativ dazu könnte der Fallschirm 2 aber auch ohne Fallschirmkorb 4 in einem zusammengelegten Zustand vorliegen oder mittels anderen Hilfsmitteln gelagert werden.
Figur 3 zeigt den Fallschirm 2 in einem geöffneten Zustand nach Öffnung durch das Auslösesystem 3. Es ist ersichtlich, dass der Fallschirm 2 am genannten Fallschirmkorb 4 gelagert ist. In anderen Ausführungsformen ist jedoch auch möglich, dass der Fallschirm 2 an anderen Stellen des Fallschirmsystems 1 oder auch am Flugkörper selbst gelagert ist.
Zurückkommend auf die Figuren 1 und 2 ist diesen zu entnehmen, dass das Fallschirmsystem 1 neben dem Auslösesystem 3 auch ein Stabilisierungssystem 5 umfasst. Dieses wird eingesetzt, um eine Rückstoßkraft auszugleichen, die das Auslösesystem 3 bei der Öffnung des Fallschirms 2 erzeugt und das Fallschirmsystem 1 und in der Folge den gesamten Flugkörper nach unten, d.h. in Richtung des Bodens, beschleunigt. Hierzu überträgt auch das Stabilisierungssystem 5 eine Rückstoßkraft, die beispielsweise betragsmäßig der Rückstoßkraft des Auslösesystems 3 entspricht. Weiters ist das Stabilisierungssystem 5 dazu ausgebildet, in zumindest einem Betriebsmodus einen Drehmomentausgleich zwischen den genannten Rückstoßkräften bereitzustellen, sodass das Fallschirmsystem 1 und in der Folge der Flugkörper beim Stabilisieren nicht verdreht.
Figur 4 zeigt den Aufbau des Fallschirmsystems 1 und das Zusammenwirken des Auslösesystems 3 und des Stabilisierungssystems 5 im Detail. Es ist ersichtlich, dass das Auslösesystem 3 zum Öffnen des Fallschirms 2 einen ersten Gasstrom 6 in oder um eine Öffnungsrichtung RI des Fallschirms 2 ausgibt, die beispielsweise in einer Fluglage des Flugkörpers vertikal nach oben gerichtet ist. In oder um die Öffnungsrichtung RI bedeutet, dass der erste Gasstrom 6 entweder kollinear zur Öffnungsrichtung RI verlaufen kann oder konisch oder zylindrisch dazu.
Gleichermaßen gibt das Stabilisierungssystem 5 einen zweiten Gasstrom 7 gegengleich zur genannten Öffnungsrichtung RI aus, d.h. in oder um eine weitere Richtung R2, die entgegengesetzt zur genannten Öffnungsrichtung RI liegt. Um den Drehmomentausgleich zwischen dem ersten und dem zweiten Gasstrom 6, 7 bereitzustellen, kann diese weitere Richtung R2 beispielsweise kollinear zur genannten Öffnungsrichtung RI sein.
In der dargestellten Ausführungsvariante wird der erste Gasstrom 6 kollinear zur Öffnungsrichtung RI ausgegeben und der zweite Gasstrom 7 kollinear und entgegengesetzt zum ersten Gasstrom 6. In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante könnte der zweite Gasstrom 7 auch durch mehrere Teilgasströme ausgebildet werden, die beispielsweise zylindrisch oder kegelförmig um die Richtung R2 ausgegeben werden, wodurch ein Verkippen des Fallschirmsystems 1 und somit des Flugkörpers weiter verhindert wird.
Es ist ersichtlich, dass durch die Ausgabe des zweiten Gasstroms 7 gegengleich zur Öffnungsrichtung RI des Fallschirms eine weitere Kraft auf das Fall schirm System 1 übertragen wird, die die Rückstoßkraft des ersten Gasstroms 6 zumindest teilweise kompensiert, wodurch einer Beschleunigung in Fallrichtung entgegengewirkt werden kann. Betragsmäßig kann die durch den zweiten Gasstrom 7 erzeugte Rückstoßkraft gleichgroß zu der Rückstoßkraft sein, die durch den ersten Gasstrom 6 erzeugt wird. Jedoch könnte sie auch kleiner oder größer sein, um andere Falleigenschaften des Flugkörpers herbeizuführen. Zeitlich könnten das Stabilisierungssystem 5 und das Auslösesystem 3 gleichzeitig aktiviert werden, wobei jedoch das Stabilisierungssystem 5 auch vor oder nach dem Auslösesystem 3 aktiviert werden kann.
Um den Gasstrom 6 zu erzeugen, kann das Auslösesystem 3 wie in den dargestellten Beispielen mit einer mit Druckgas gefüllten Kartusche 8 verbunden sein. Die Kartusche 8 kann dabei austauschbar ausgebildet sein, sodass diese nach einem Auslösen oder zu Wartungszwecken mit einer neuen Kartusche ausgetauscht werden kann. Die Kartusche 8 kann beispielsweise unter Druck gelagertes CO2 speichert, sodass diese einer frei im Handel erwerblichen Kartusche 8 entspricht. Jedoch können auch andere Gase können gespeichert werden.
Alternativ zu einer mit Druckgas gefüllten Kartusche 8 kann jedoch auch ein Explosionskörper eingesetzt werden, der nach einer Zündung Gas ausgibt, wie dies beispielsweise von Airbags bekannt ist. Derartige Ausführungsformen geben in der Regel jedoch nicht genügend Gas aus, sodass dies nur für kleine Fallschirme geeignet ist.
Das Stabilisierungssystem 5 kann gleichfalls mit einer Kartusche 9 verbunden werden, die gleich der Kartusche 8 des Auslösesystems ausgebildet sein kann. Die Kartuschen 8, 9 können gleiches oder unterschiedliches Gas mit einer gleichen oder unterschiedlichen Füllmenge lagern. Alternativ können sich das Auslösesystem 3 und das Stabilisierungssystem 5 eine Kartusche 8 teilen, wie weiter unten im Detail erläutert wird.
Figur 4 zeigt, dass die Kartusche 8 des Auslösesystems 3 im Wesentlichen unter dem Fallschirm 2 angeordnet sein kann und so den ersten Gasstrom 6 über ein Ventil 10 unmittelbar in die Öffnungsrichtung RI in den Fallschirm 2 leitet. Die Kartusche 8 liegt hier somit kollinear zur Öffnungsrichtung RI. Alternativ dazu könnte die Kartusche 8 auch seitlich versetzt sein oder/oder in einem Winkel zur Öffnungsrichtung RI angeordnet sein, wenn das Ventil 10 eine derartige Umleitung des Gasstroms 6 in die Öffnungsrichtung RI bietet.
In der Ausführungsform von Figur 4 weist das Stabilisierungssystem 5 zur Bereitstellung des zweiten Gasstroms 7 eine eigene Kartusche 9 auf, die neben der ersten Kartusche 8 angeordnet ist. Dadurch kann eine niedrige Bauhöhe des Fallschirmsystems 1 erzielt werden. Da jedoch zwei nebeneinander angeordnete Kartuschen 8, 9 ein Drehmoment auf das Fallschirmsystem 1 übertragen würden, umfasst das Stabilisierungssystem 5 zumindest eine Stabilisierungsdüse 11, welche den von der zweiten Kartusche 9 bereitgestellten zweiten Gasstrom 6 umlenkt und in die Richtung R2 ausgibt, die entgegengesetzt und kollinear zur Öffnungsrichtung RI des Fallschirms 2 liegt.
Wiederum wäre es in dieser Ausführungsform möglich, mehrere Stabilisierungsdüsen 5 einzusetzen, die Teilgasströme um die genannte Richtung R2 herum ausgeben, beispielsweise auch konisch. Eine weitere Alternative wäre, mehrere Kartuschen 9 für das Stabilisierungssystem 5 vorzusehen, die um die Kartusche 8 des Auslösesystems 3 angeordnet sind. Hierbei könnte sogar auf Stabilisierungsdüsen 11 verzichtet werden.
In wiederum anderen Ausführungsformen ist es möglich, die Kartusche 9 des Stabilisierungssystems 5 im Wesentlichen unter der Kartusche 8 des Auslösesystems 3 anzuordnen, sodass ein Drehmomentausgleich bereits durch die Anordnung der Kartuschen 8, 9 bereitgestellt wird, ohne eine Stabilisierungsdüse 11 einzusetzen.
Gemäß den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 4 wird keine Steuerung des Auslösesystems 3 oder des Stabilisierungssystems 5 eingesetzt, sodass in es nur einen Betriebsmodus gibt, und zwar jenen, in dem der Drehmomentausgleich zwischen dem ersten Gasstrom 6 und dem zweiten Gasstrom 7 bereitgestellt wird. Dadurch kann das Fallschirmsystem 1 in einer stabilen Lage gehalten werden, wenn das Fallschirmsystem 1 bereits vor dem Auslösen eine stabile Lage einnimmt.
In anderen Ausführungsformen kann das Fallschirmsystem 1 jedoch auch eine Funktionalität umfassen, mittels welcher ein Stabilisierungsmodus erzielt wird. Hierzu können das Stabilisierungssystem 5 und/oder das Auslösesystem 3 dazu ausgebildet sein, mittels des ersten Gasstroms 6 und/oder des zweiten Gasstroms 7 ein Drehmoment zur Kompensation einer Drehbewegung oder einer Schieflage des Fallschirmsystems 1 bereitzustellen.
Um festzustellen, ob sich das Fallschirmsystem 1 in einer Schieflage oder in einer Drehbewegung befindet, kann das Fallschirmsystem 1 beispielsweise einen Gyrosensor umfassen. Der Stabilisierungsmodus kann beispielsweise vor dem genannten Betriebsmodus gestartet werden, bei dem ein Drehmomentausgleich zwischen dem ersten Gasstrom und dem zweiten Gasstrom bereitgestellt wird. Jedoch kann der Stabilisierungsmodus auch erst nach dem Betriebsmodus und hierbei beispielsweise sogar erst nach dem vollständigen Öffnen des Fallschirms gestartet werden, um eine durch äußere Einflüsse, insbesondere durch Wind, bedingte Schieflage oder Drehbewegung auszugleichen. Um den Stabilisierungsmodus bereitzustellen, kann das Fallschirmsystem 1 beispielsweise zumindest zwei Stabilisierungsdüsen 11 umfassen, die selektiv angesteuert werden können, oder eine oder mehrere richtungsveränderliche Stabilisierungsdüsen 11, die die Richtung des zweiten Gasstroms 7 verändern können. Zu diesem Zweck kann das Fallschirmsystem 1 eine Steuereinheit umfassen, die mit dem genannten Gyrosensor verbunden sein kann und in Reaktion auf dessen Messwerte den Stabilisierungsmodus starten und steuern kann.
Die genannten zumindest zwei Stabilisierungsdüsen bzw. zumindest eine richtungsveränderliche Stabilisierungsdüse 11 sind bevorzugt Düsen des Stabilisierungssystems 5, können aber zusätzlich oder alternativ dazu Düsen des Auslösesystems 3 sein.
Wie bereits erwähnt kann, in einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Fallschirmsystems, statt zwei gesonderten Kartuschen 8, 9 auch eine gemeinsame mit Druckgas gefüllte Kartusche eingesetzt werden. Zu diesem Zweck kann eine Ausgabeleitung an die gemeinsame Kartusche ansetzen, von welcher der erste Gasstrom 6 und der zweite Gasstrom 7 mittels eines Ventils abgezweigt werden. Die Gasströme 6, 7 können beispielsweise mittels am Ventil ansetzenden Schläuchen derart umgeleitet werden, dass diese in kollineare, entgegengesetzte Richtungen ausgegeben werden. Hierbei kann das Fallschirmsystem 1 auch eine Regeleinheit umfassen, die das Ventil ansteuert, um ein Verhältnis des ersten Gasstroms 6 und des zweiten Gasstroms 7 zu regulieren. Die Regeleinheit kann gemeinsam mit der oben genannten Steuereinheit ausgebildet werden, beispielsweise als Prozessoreinheit.
Figuren 5a und 5b zeigen den Auslösemechanismus des Auslösesystems 3. Es versteht sich, dass der Auslösemechanismus in gleicher Weise für das Stabilisierungssystem 5 eingesetzt werden kann. Wie in Figur 5a dargestellt ist die Kartusche 8 vor einer Auslösung des Fallschirmsystems 1 in einem Gehäuse 12 mittels einer Feder 13, welche in Figur 4 ersichtlich ist, vorgespannt und mittels eines Haltepins 14 im vorgespannten Zustand gehalten. Der Haltepin 14 ist im in Figur 5a und Figur 5b dargestellten Beispiel von der Kartusche 8 weg verschiebbar ausgebildet, könnte im Allgemeinen aber auch lösbar, z.B. klappbar, ausgebildet sein.
Wenn das Fallschirmsystem 1 ausgelöst werden soll, was beispielsweise durch einen Beschleunigungssensor festgestellt werden kann, wird der Haltepin 14 gelöst, z.B. im dargestellten Beispiel von der Kartusche 8 weg verschoben, sodass die Kartusche 8 durch die Feder 13 auf das Ventil 10 gedrückt wird, das im dargestellten Beispiel als Einstechventil ausgebildet ist. Durch dieses Einstechen wird die Kartusche 8 geöffnet, sodass das Druckgas durch das Ventil 10 austritt. Es versteht sich jedoch, dass für das dargestellte Fallschirmsystem 1 auch alternative Auslösemechanismen eingesetzt werden können.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist aus Figur 4 ferner ersichtlich, dass die Kartuschen 8, 9 mittels schraubbaren Deckeln 15 im Auslösesystem 3 bzw. im Stabilisierungssystem 5 gehalten werden können. Zum Austausch der Kartuschen 8, 9 muss somit nur der entsprechende Deckel 15 gelöst werden, wodurch die Kartusche 8, 9 zugänglich wird.

Claims

Ansprüche:
1. Fallschirmsystem (1) für einen Flugkörper, bevorzugt einen unbemannten Flugkörper, wobei das Fallschirmsystem (1) einen Fallschirm (2) und ein gasbetriebenes Auslösesystem (3) für den Fallschirm (2) umfasst, welches dazu ausgebildet ist, zur Öffnung des Fallschirms (2) einen ersten Gasstrom (6) in oder um eine Öffnungsrichtung (RI) des Fallschirms (2) auszugeben, wobei das Fallschirmsystem (1) ein gasbetriebenes Stabilisierungssystem (5) umfasst, welches dazu ausgebildet ist, zur Bremsung des Flugkörpers einen zweiten Gasstrom (7) im Wesentlichen gegengleich zur genannten Öffnungsrichtung (RI) auszugeben, und in zumindest einem Betriebsmodus einen Drehmomentausgleich zwischen dem ersten Gasstrom (6) und dem zweiten Gasstrom (7) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösesystem (3) und/oder das Stabilisierungssystem (5) zur Ausgabe der Gasströme (6, 7) jeweils mit zumindest einer mit Druckgas gefüllten Kartusche (8, 9) verbunden sind.
2. Fallschirmsystem (1) nach Anspruch 1, wobei das Auslösesystem (3) und das Stabilisierungssystem (5) dazu ausgebildet sind, die Gasströme (6, 7) derart auszugeben, dass eine Rückstoßkraft des zweiten Gasstroms (7) zumindest einer Rückstoßkraft des ersten Gasstroms (6) entspricht.
3. Fallschirmsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das das Stabilisierungssystem (5) und/oder das Auslösesystem (3) dazu ausgebildet sind/ist, in einem Stabilisierungsmodus mittels des ersten Gasstroms (6) und/oder des zweiten Gasstroms (7) ein Drehmoment zur Kompensation einer Drehbewegung und/oder einer Schieflage des Fallschirmsystems (1) bereitzustellen.
4. Fallschirmsystem (1) nach Anspruch 3, wobei das Stabilisierungssystem (5) eine Steuereinheit umfasst, welche dazu ausgebildet ist, der Drehbewegung oder der Schieflage unter selektiver Ansteuerung von zumindest zwei Stabilisierungsdüsen und/oder einer Änderung einer Richtung des zweiten Gasstroms (7) entgegenzuwirken.
5. Fallschirmsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Fallschirmsystem (1) dazu ausgebildet ist, das Stabilisierungssystem (5) vor dem Auslösesystem (3) zu aktivieren.
6. Fallschirmsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Druckgas CO2 ist.
7. Fallschirmsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Auslösesystem (3) mit einer im Wesentlichen unter dem Fallschirm (2) angeordneten erste Kartusche (8) zur Bereitstellung des ersten Gasstroms (6) und das Stabilisierungssystem (5) mit zumindest einer neben der ersten Kartusche (8) angeordneten zweite Kartusche (9) zur Bereitstellung des zweiten Gasstroms (7) verbunden ist, wobei das Stabilisierungssystem (5) zumindest eine Stabilisierungsdüse (11) umfasst, welche den von der zweiten Kartusche (9) bereitgestellten zweiten Gasstrom (7) umlenkt und in eine Richtung (RI) ausgibt, die entgegengesetzt und kollinear zur Öffnungsrichtung (RI) des Fallschirms (2) liegt.
8. Fallschirmsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Auslösesystem (3) und das Stabilisierungssystem (5) mit einer gemeinsamen Kartusche (8, 9) verbunden sind, wobei eine Ausgabeleitung an die Kartusche (8, 9) ansetzt, von welcher der erste Gasstrom (6) und der zweite Gasstrom (7) mittels eines Ventils abgezweigt werden.
9. Fallschirmsystem (1) nach Anspruch 8, wobei das Fallschirmsystem (1) eine Regeleinheit umfasst, die das Ventil ansteuert, um ein Verhältnis des ersten Gasstroms (6) und des zweiten Gasstroms (7) zu regulieren.
10. Fallschirmsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kartusche (8, 9) vor einer Auslösung des Fallschirmsystems (1) in einem Gehäuse (12) mittels einer Feder (13) vorgespannt und mittels eines Haltepins (14) im vorgespannten Zustand gehalten wird, und der Haltepin (14) zur Auslösung des Fallschirmsystems (1) lösbar ausgebildet ist, wobei beim Lösen des Haltepins (14) die Kartusche (8, 9) mittels der Feder (13) gegen ein Einstechventil (10) gedrückt wird.
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