DE1506133C - Schwenkvorrichtung für mindestens zwei Raketentriebwerke, insbesondere für Raumfahrzeuge - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schwenkvorrichtung für stellung aller Triebwerke zur Erzeugung eines RoIl-

mindestens zwei Raketentriebwerke, insbesondere für momentes zu lösen.

Raumfahrzeuge, die am oberen Ende an einem In vorteilhafter Ausgestaltung der Schwenkvor-Gestell gelenkig aufgehängt sind und am unteren richtung sieht die Erfindung vor, daß die das untere Teil Lenker aufweisen, die an einem konzentrisch 5 Ende des Steuerhebels mit den Triebwerken verbinzur Rollachse liegenden zentralen Steuerhebel an- denden Lenker sich radial vom Steuerhebel ergelenkt sind, der zwischen seinen Enden kardanisch strecken und in durch die Achse des Steuerhebels gelagert ist, so daß durch Schwenken des Steuer- gehenden Ebenen schwenkbar an einer Nabe angehebeis jedes Triebwerk zur Erzeugung von Nick- lenkt sind, die um die Achse des Steuerhebels unver- und Giermomenten schwenkbar ist. io drehbar, jedoch in einer durch die Achse des Steuer-

Die bekannte Schwenkvorrichtung, von der die hebeis gehenden Ebene verschwenkbar am unteren Erfindung ausgeht, weist einen konzentrisch zur Roll- Ende des Steuerhebels angebracht ist.
achse angeordneten, zwischen seinen Enden kar- Gemäß der Erfindung soll die gleichzeitige Verdanisch gelagerten Steuerhebel auf,' dessen oberes Schwenkung aller Triebwerke zur Erzeugung der Ende von Hand betätigt wird und dessen unteres 15 Momente um die drei Achsen mit Motorkraft erEnde gelenkig über einen Lenker mit einem recht- reicht werden, und zwar mit weniger Motoren als. eckigen Steuerrahmen verbunden ist, dessen Ecken dies bisher möglich war. Zu diesem Zweck besteht gelenkig mit den unteren Teilen der Raketentrieb- ein weiteres Merkmal der Erfindung darin, daß zur werke verbunden sind. Mit dieser Vorrichtung Erzeugung der Nick- und/oder Giermomente zwei können die vier Triebwerke synchron zur Erzeugung 20 rechtwinklig zueinander und parallel zur Nick- und eines Gier- und/oder Nickmomentes nicht aber eines Gierachse angeordnete Stellmotoren am oberen Ende Rollmomentes verschwenkt werden. des Steuerhebels angelenkt sind, und daß ein dritter

Es sind ferner Schwenkvorrichtungen für gewöhn- Stellmotor den Steuerhebel über eine Triebverbin-

lich vier Triebwerke bekannt, bei deren jedem Trieb- dung um seine Längsachse zu drehen vermag. Hierbei

werk zwei Stellmotoren zugeordnet sind, was natür- 25 kann gemäß der Erfindung der dritte Stellmotor ein

lieh recht aufwendig ist. Eine diesen Nachteil ver-· hydraulischer Rotationsmotor sein,

meidende bekannte Schwenkvorrichtung sieht für Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Er-

jedes Triebwerk, in diesem Falle ebenfalls vier, einen findung soll nunmehr an Hand der Zeichnungen

Stellmotor vor. Die vier Triebwerke sind so ange- beschrieben werden. Es zeigt

ordnet, daß zwei Triebwerke um eine sich parallel 30 F i g. 1 eine Seitenansicht einer Raketenantriebzur Gierachse und die beiden anderen Triebwerke werksgruppe in Richtung der Pfeile 1-1 der Fig. 2, um eine sich parallel zur Nickachse erstreckende F i g. 2 eine Rückansicht des Triebwerks bei Fort-Achse verschwenken lassen, wobei sich diese beiden lassung bestimmter mittlerer Teile,
Achsen in der Rollachse schneiden. Der hierbei auf- F i g. 3 eine Draufsicht der Triebwerksgruppe teiltretende Nachteil ist in der Reduzierung des zur 35 weise im Schnitt durch die Mittelebene zur Dar-Verfügung stehenden Schubvektors zu sehen; denn stellung der Steuerung der Triebwerksgruppe, wobei es können zum Nicken oder zum Gieren jeweils im Interesse der Klarheit bestimmte Teile fortgelassen nur zwei Triebwerke verschwenkt werden; es sind und andere Teile nur in .Umrißlinien veranschaulicht also jeweils annähernd doppelt so große Schwenk- sind, . .·-..,.
winkel erforderlich, als wenn alle vier Triebwerke 40 Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer Einzelgleichmäßig verschwenkbar wären, um die erforder- heit der F i g. 3 in Richtung der Pfeile IV gesehen, liehe Kraftkomponente zu erhalten. Dieser ver- F i g. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 der F i g. 4,
größerte Schwenkbereich kann jedoch durch andere F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der F i g. 8, Teile des Flugkörpers behindert werden, und es ist F i g. 7 einen Teilschnitt nach der Linie 7-7 der deshalb wirksamer, wenn alle Triebwerke um einen 45 Fig. 6,

kleineren Winkel verschwenkt werden, um die gleiche F i g. 8 eine Darstellung in Richtung der Pfeile 8

Steuerwirkung zu erzielen. Bei dieser bekannten der Fig. 6,

Schwenkvorrichtung ist auch eine Drehung um die F i g. 9 schematisch die Anordnung der Trieb-Rollachse möglich. Hierfür ist jedoch keine mecha- werksgruppe sowie die zugeordneten Steuerungen und nische Verbindung, sondern ein Rechenkreis vorge- 50 Fig. 10 in vergrößertem Maßstab einen Teil der sehen, der Eingangssignale empfängt und sie an Verbindung zwischen jedem Triebwerk und dem in individuelle Stellmotoren weitergibt. Somit müssen Längsrichtung liegenden Bauteile,
bei einer Rollbewegung alle vier Stellmotoren be- Die Fig. 1,2, und 3 zeigen vier Raketentriebtätigt werden. werke 10, 11,12 und 13, die je eine Düse 14 auf-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die 55 weisen, denen über Stutzen 15 bzw. 16 Sauerstoff eingangs beschriebene Schwenkvorrichtung dahin- und Wasserstoff zugeführt wird. Jedes Triebwerk ist gehend zu verbessern, daß die Triebwerke auch durch eine Kupplung 17 getrennt an einem rohrsynchron um die Rollachse verschwenkbar sind. förmigen Schubring 18 befestigt, und die Achse 14 A Die Verschwenkung der Triebwerke um alle drei eines jeden Triebwerks kann in Grenzen in jede Achsen soll über Stellmotoren erfolgen, und zwar 60 Richtung mit Bezug auf die Längsachse VJA der über eine geringere Anzahl als dies bisher möglich Rakete verschwenkt werden. Die Kupplung gestattet war. eine Verschwenkung des zugeordneten Triebwerks

Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß da- um die Nick- und die Gierachse der Rakete. Der

durch gelöst, daß zur Erzeugung eines Rollmomentes gesamte Schub der Triebwerke wird über die Kupp-

der zentrale Steuerhebel um die Rollachse dreh- 65 lung 17 auf den Schubring 18 übertragen,

bar ist. Der Schubring 18 ist durch ein starres rohrför-

Mit der Erfindung ist es in einfachster Weise miges Bauteil, von dem Teile ISA gezeigt sind, an

gelungen, das Problem der gleichmäßigen Schräg- einem Haltering 19 befestigt, der seinerseits durch

nicht gezeigte Mittel starr am Heckschott 19 A (Fig. 1) der Rakete 19B befestigt ist.

Die Fig. 1, 3 und 9 zeigen die Anordnung, durch welche der Winkel der Triebwerke zur Steuerung oder Stabilisierung der Rakete um die Nick-, Gier- und Rollachse überwacht werden kann. Die Anordnung besteht im wesentlichen aus einem Steuerhebel 20, der zwischen seinen Enden eine Teilkugeloberfläche 21 aufweist, die in einem Gehäuse 22 gelagert ist, so daß der Steuerhebel 20 allseitig verschwenkbar ist. Das Gehäuse 22 ist mittels dreier rohrförmiger Körper 23 auslegerarmartig von dem Schubring 18 gehalten. Die Längsachse 20^4 (Fig. 5) des Steuerhebels 20 fällt im wesentlichen mit der Rollachse 17 A der Rakete zusammen.

Am unteren Ende des Steuerhebels 20, d. h. an dem in Schubrichtung nach hinten weisenden Ende, ist ein kreuzartiger Körper 24 (F i g. 10) befestigt, der aus einer mittleren Nabe 25 und vier daran angelenkten, sich im wesentlichen radial erstreckenden Armen 26 besteht, die um Achsen 26 A schwenkbar sind, die sich rechtwinklig und mit Abstand zur Längsachse 2QA des Steuerhebels 20 erstrecken. Die Nabe 25 ist mit dem unteren als Kugel 20 B ausgebildeten Steuerhebel durch einen in eine Nut 255 eingreifenden Keil 25 A drehfest, jedoch in einer durch die Achse 20 A des Steuerhebels 20 gehenden Ebene verschwenkbar verbunden.

Die äußeren Enden der Arme 26 sind jeweils an einem an den Düsen 14 der Triebwerke angebrachten Joch 27 allseitig beweglich angelenkt, beispielsweise durch ein Kugelgelenk 40, 4OA. Die Arme 26 bilden somit in Schubrichtung gesehen hintere Befestigungspunkte für die Triebwerke.

Wahlweise kann die Verbindung zwischen jedem Arm 26 und der Nabe 25 auch eine Relativbewegung zu einer zweiten, die Steuerhebelachse enthaltenden Ebene gestatten, wobei diese zweite Ebene im rechten Winkel zu der die Steuerhebelachse enthaltenden Ebene liegt. In diesem Falle kann die Verbindung zwischen jedem Arm 26 und seinem zugeordneten Motor eine solche Relativbewegung in dieser zweiten Ebene nicht gestatten.

Die Steuerung der Rakete erfolgt durch Veränderung der Winkeleinstellung der Triebwerke mit Bezug auf die Rollachse 17^4 der Rakete zur Veränderung der Schubrichtung der Triebwerke. Dies wird durch die Stellmotoren 28, 29, 31, die in den F i g. 3 und 9 dargestellt sind, erreicht.

Die Stellmotoren 28 und 29 (F i g. 9) für die Nick- und Gierachse bestehen aus zwei hydraulischen Kolbenmotoren, deren Kolbenstangen durch ein Kugelgelenk 30 und eine Gelenkverbindung 30^4 mit dem vorderen Ende des Steuerhebels 20 verbunden sind. Die Zylinder der Stellmotoren 28, 29 sind rechtwinklig zueinander angeordnet und jeweils durch Kugelgelenke 3OC an dem festen Bauteil der Triebwerkslagerungen angelenkt. Durch Ein- und Ausfahren der Kolbenstangen wird der Steuerhebel 20 um seine Kugelfläche 21 verschwenkt und kippt dabei die Triebwerke mittels der Arme 26 um ihre Kupplungen 17, so daß ihre Schubrichtungen ein Drehmoment für die Rakete erzeugen. In F i g. 1 ist in gestrichelten Linien eine Lage zur Erzeugung eines Drehmoments gezeigt, die durch die Bezugszeichen 10712', 11713' bezeichnet ist.

Der Stellmotor 31 (F i g. 7) für die Rollachse ist auch an der festen Triebswerklagerung befestigt und besteht aus einem hydraulischen Rotationsmotor mit einer Taumelplatte 31^4, die so angeordnet ist, daß sie den Steuerhebel um seine Längsachse dreht, die mit der Rollachse zusammenfällt. Der Motor 31 ist bekannt und braucht nicht weiter beschrieben zu werden. Beim Drehen des Steuerhebels werden die Arme 26 und damit die Triebwerke verschwenkt, so daß ihre Schubrichtungen ein Rollmoment um die Rollachse der Rakete erzeugen. Wahlweise kann der

ίο Stellmotor 31 ein hydraulischer Kolbenmotor ähnlich den Stellmotoren 28, 29 sein.

Die Stellmotoren 28, 29, 31 können bei allen Flugzuständen unabhängig voneinander oder gleichzeitig durch bekannte Vorrichtungen, die nicht weiter beschrieben zu werden brauchen, gesteuert werden.

Die F i g. 4 und 9 zeigen die Art der Übertragung

der Drehbewegung von dem Rollstellmotor 31 auf den Steuerhebel 20, während noch die Kippfähigkeit , des Steuerhebels unter der Einwirkung der Nick- und Gierstellmotore 28 und 29 erhalten bleibt. Die an dem Steuerhebel 20 gebildete Kugelfläche 21 ist in einem Gehäuse 22 gehalten, das einen Ring 36 enthält, der innerhalb zweier Kugellager 34 und 35 gehalten ist. Das Gehäuse 22 ist durch die Körper 23 fest angeordnet und hält außer dem Steuerhebel 20 auch den Rollstellmotor 31. Der Stellmotor 31 erteilt einer Schneckenwelle 32 eine begrenzte Drehbewegung. Die Schneckenwelle 32 kämmt mit einem Zahnsegment 33, das an dem Ring 36 befestigt ist.

Der Stellmotor 31 ist somit in der Lage, den Ring 36 innerhalb eines begrenzten Winkels in beide Richtungen zu drehen. Die Drehbewegung wird durch einen Zapfen 37 (s. F i g. 7) auf den Steuerhebel 20 übertragen. Der Zapfen 37 ist an dem Ring 36 befestigt und arbeitet mit einer axial verlaufenden Nut 37A zusammen, die in der Kugelfläche 21 gebildet ist. Die Drehbewegung wird somit in jede Winkellage des Steuerhebels 20 übertragen, die von den Nick- und Gierstellmotoren hervorgerufen wird.

Claims (4)

P atentanspr üche:

1. Schwenkvorrichtung für mindestens zwei Raketentriebwerke, insbesondere für Raumfahrzeuge, die am oberen Ende an einem Gestell gelenkig aufgehängt sind und am unteren Teil Lenker aufweisen, die an einem konzentrisch zur Rollachse liegenden, zentralen Steuerhebel angelenkt sind, der zwischen seinen Enden kardanisch gelagert ist, so daß durch Schwenken des Steuerhebels jedes Triebwerk zur Erzeugung von Nick- und Giermomenten schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Rollmomentes der zentrale Steuerhebel (20) um die Rollachse drehbar ist.

2. Schwenkvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das untere Ende des Steuerhebels (20) mit den Triebwerken (10 bis 13) verbindenden Lenker (26) sich radial vom Steuerhebel erstrecken und in durch die Achse des Steuerhebels gehenden Ebenen schwenkbar an einer Nabe (25) angelenkt sind, die um die Achse (20A) des Steuerhebels unverdrehbar, jedoch in einer durch die Achse des Steuerhebels gehenden Ebene verschwenkbar am unteren Ende des Steuerhebels angebracht ist.

3. Schwenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der

Nick- und/oder Giermomente zwei rechtwinklig zueinander und parallel zur Nick- und Gierachse angeordnete Stellmotoren (28, 29) am oberen Ende (30) des Steuerhebels (20) angelenkt sind, und daß ein dritter Stellmotor (31) den Steuerhebel über eine Triebverbindung (32, 33) um seine Längsachse zu drehen vermag.

4. Schwenkvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Stellmotor (31) ein hydraulischer Rotationsmotor ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen