DE3311499A1 - Lenkflugkoerper und steuereinrichtung hierfuer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Lenkflugkörper und dergleichen, und insbesondere, aber nicht ausschließ­ lich auf Flugkörper, die in der Lage sind, am Boden befindliche Fahrzeugziele zu bekämpfen und die eine Zielflugeinrichtung aufweisen.

Flugkörper dieser Bauart umfassen im allgemeinen eine Vorrichtung, die auf gewisse Strahlungen im elektro­ magnetischen Spektrum anspricht, die charakteristisch für das Ziel sind, wodurch der Flugkörper auf das Ziel geführt und die Drehgeschwindigkeit der Zielsichtlinie bestimmt wird. Dabei ist eine Gruppe fester äußerer Oberfläche und eine Gruppe beweglicher Steuerruder­ flächen vorgesehen, damit der Flugkörper auf aerodyna­ mische Weise steuerbar ist und es sind Instrumente, beispielsweise Kreisel und Beschleunigungsmesser vor­ gesehen, um das Flugverhalten zu messen. Der ganze Aufbau ist in der Weise zusammengefaßt, daß der Flug­ körper eine Leitgenauigkeit erhält, die genügend groß ist um bewegliche Bodenziele angreifen zu können. Diese Bauart von Flugkörpern hat jedoch Nachteile im Hinblick auf die Kosten der Ruderflächen und der Instrumente sowie im Hinblick auf den komplexen Aufbau und die Kosten eines präzisen Kardansystems, welches notwendig sein kann, um die Drehrate der Flugkörper-Ziel-Sichtlinie zu bestimmen. Ein solcher Flugkörper kann außerdem bei geringen Fluggeschwindigkeiten nicht gesteuert werden, wenn dann nämlich die aerodynamischen Kräfte und Momente zu klein sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nach­ teile zu vermeiden oder zu vermindern, und insbesondere sollen die beweglichen äußeren Ruderflächen wegfallen.

Die Erfindung sieht Steuermittel für einen Lenkflug­ körper oder dergleichen vor, der eine Längsachse be­ sitzt, wobei die Steuermittel eine Mehrzahl von seit­ lich gerichteten Düsen aufweisen, um ein Strömungs­ mittel abzublasen und dadurch seitliche Schübe auf den Flugkörper zu übertragen, wobei die Düsen in wenigstens zwei Gruppen in Längsrichtung im Abstand zueinander derart angeordnet sind, daß die Schübe das Flugverhalten des Flugkörpers steuern können.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Düsen paarweise angeordnet, wobei zwei Düsen eines jeden Paares in unterschiedlichen Gruppen und ent­ gegengesetzt und nach außen gerichtet in jeder von wenigstens zwei Ebenen angeordnet sind, die die Längs­ achse einschließen und im Winkel von 90° aufeinander­ stehen. Auf diese Weise können die Düsen Radialschübe auf den Flugkörper aufüben und sie sind so angeordnet, daß die Schübe oder Schubkomponenten in zwei Ebenen durch die Längsachse verlaufen, die senkrecht aufeinander­ stehen. Diese Schübe können dadurch eine Seitenbewe­ gung und eine Drehbewegung der Längsachse bewirken. Die jeweilige Bewegung oder die Kombination von Bewe­ gungen zu jedem Zeitpunkt kann durch Mittel bestimmt werden, die das Ausblasen des Strömungsmittels steuern und dadurch die Größe und Anwendung des Schubs bestimmen.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung sind die Düsen paarweise derart angeordnet, daß jeweils zwei Düsen eines jeden Paares in unterschiedlichen Gruppen und entgegengesetzt und nach außen gerichteten Düsenpaaren in jeder von wenigstens zwei parallelen Ebenen angeordnet sind, die symmetrisch und parallel im Abstand zueinander und zu der Längsachse angeordnet sind. Demgemäß können die Schübe eine Seitenbewegung und eine Drehbewegung der Längsachse und eine Dreh­ bewegung um die Längsachse bewirken. Die jeweilige Bewegung oder Kombination von Bewegungen kann zu jedem Zeitpunkt durch Steuerung wie oben erwähnt, bewirkt werden.

Die Steuervorrichtung kann in Form einer Einheit ange­ ordnet werden, und in einem Lenkflugkörper oder der­ gleichen vorgesehen werden.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Lenkflug­ körper oder dergleichen, der die erwähnte Steuerein­ richtung aufweist, wobei die Gruppen von Düsen symmetrisch in Längsrichtung im Abstand auf gegenüberliegenden Seiten des Massenmittelpunktes des Flugkörpers angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft ferner einen Lenkflugkörper oder dergleichen mit einer Steuervorrichtung, wobei die Düsen paarweise derart angeordnet sind, daß zwei Düsen eines jeden Paares in unterschiedlichen Gruppen liegen und jedes Düsenpaar in entgegengesetzter Richtung zu einem anderen Düsenpaar in der gleichen Ebene gerichtet ist, wobei die Gruppen symmetrisch in Längsrichtung im Abstand auf gegenüberliegenden Seiten des Massenmittel­ punktes des Flugkörpers angeordnet sind.

Falls erforderlich, können mehr als zwei Gruppen von Düsen symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten des Massenmittelpunktes angeordnet werden.

Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die Größe und die Anwendung der Schübe gemäß dem Winkel zwischen Flugkörperlängsachse und Ziellinie einzu­ stellen.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Steuerung des Flugverhaltens eines Lenkflugkörpers oder der­ gleichen, der eine Längsachse aufweist. Gemäß diesem Verfahren wird ein Strömungsmittel an einer Mehrzahl von Stellen, die um den Flugkörper verteilt sind, und auf gegenüberliegenden Seiten des Massenmittelpunktes in Längsrichtung im Abstand zueinander liegen, ausge­ blasen und es wird das Ausblasen gesteuert, um das erforderliche Flugverhalten zu erreichen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kopf des Flugkörpers mit einer Vorrichtung ausgestattet, die auf gewisse Strahlung im elektro­ magnetischen Spektrum anspricht, die charakteristisch für das Ziel ist, so daß der Flugkörper auf das Ziel hingeführt werden kann und kontinuierlich der Winkel zwischen der Längsachse des Flugkörpers und der Flug­ körper-Ziellinie bestimmt werden kann. Außerdem sind Mittel vorgesehen, um einen Seitenschub auf den Flug­ körper über mehrere Düsenpaare auszuüben, deren Schub­ vektor in radialer Richtung in zwei Ebenen verläuft, die im Winkel von 90° aufeinanderstehen, wobei diese Düsen im Abstand zueinander und symmetrisch um den Massenmittelpunkt des Flugkörpers in der Weise ange­ ordnet sind, daß in jeder Ebene gleiche Schubvektoren von einem Düsenpaar in der gleichen Richtung eine Seitwärtsbewegung in Horizontalrichtung und/oder in Vertikalrichtung des Flugkörpers bewirken und gleiche Schübe auf gegenüberliegenden Seiten, die durch zwei Düsen auf entgegengesetzten Seiten des Massenmittelpunktes in Radialrichtung austreten, eine Drehbewegung erzeugen. Außerdem sind Mittel vorgesehen, um die Größe und das Auftreten der Schübe gemäß dem Winkel zwischen der Längsachse des Flug­ körpers und der Flugkörper-Ziellinie zu steuern. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können statt dessen Mittel vorgesehen sein, um einen seitlichen Schub auf den Flugkörper über mehrere Paare von Düsen auszuüben, die derart angeordnet sind, daß sie einen Schub in parallelen Ebenen er­ zeugen (und nicht in zwei im Winkel von 90° auf­ einanderstehenden Ebenen), wobei diese Düsen nunmehr symmetrisch um den Massenmittelpunkt des Flugkörpers herum in der Weise angeordnet sind, daß zusätzlich zu einer seitlichen Bewegung und einer Drehbewegung der Längsachse des Flugkörpers in jener Ebene außerdem noch eine Drehbewegung um die Längsachse erzeugt werden kann, wie dies oben erwähnt wurde.

Was beide Steuermethoden anbelangt, so besteht außer­ dem die Möglichkeit, irgendwelche Düsen derart im Winkel anzustellen, daß zusätzlich zu dem seitlichen Schub und der Drehung eine Gesamtschubkomponente längs der Längsachse des Flugkörpers erhalten wird.

Vorzugsweise sind die Mittel zur Bestimmung des Winkels zwischen der Flugkörperachse und der Flugkörper- Ziel-Sichtlinie in der Lage, einen Zielanflug mit mehreren Grad versetzt zur Längsachse vorzunehmen, z. B. mit einer Versetzung von 4° und es werden jeweils mehrere Messungen pro Sekunde, z. B. 10 bis 20 Messungen durchgeführt.

Vorzugsweise sind die Steuermittel für die Größe und Anwendung der Schübe in der Lage, den Flugkörper zu veranlassen, Winkelschwingungen, d. h. konische Schwingungen, um den Massenmittelpunkt durchzuführen.

Vorzugsweise werden die Schübe durch Ausblasen heißer Gase durch Verbrennen einer pyrotechnischen Ladung, z. B. von Kordit, in einer Brennkammer erhalten.

Vorzugsweise stellen die Durchschnittsschubpegel, die hierbei erzeugt werden, einen linearen Anteil eines elektrischen Eingangssignals dar.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit vier Düsenpaaren anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Lenkflugkörpers mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrich­ tung, kombiniert mit einem Blockschaltbild der Steuerschaltung für diese Steuervor­ richtung;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Gruppe von Düsen des Flugkörpers gemäß Fig. 1;

Fig. 3 und 4 Seitenansichten eines Lenkflugkörpers mit einer abgewandelten Steuervor­ richtung;

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie A-A′ gemäß Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 und 2 weist der Flugkörper, der zur Bekämpfung von sich bewegenden Bodenzielen geeignet ist, einen Sucherkopf 1 auf, um den Winkel zwischen der Längsachse X des Flugkörpers und der Sichtlinie zwischen Flugkörper und Ziel zu bestimmen. Im Flug­ körper ist eine Schuberzeugungsvorrichtung 2 mit vier paarweise angeordneten Düsen 2a vorgesehen, wobei die eine Düse eines jeden Paares im gleichen Winkelabstand auf jeder Seite des Massenmittelpunktes G angeordnet ist und die Paare in zwei Ebenen liegen, die einander im Winkel von 90° schneiden und durch die Längsachse verlaufen, damit die Bewegung des Flugkörpers dadurch gesteuert werden kann, daß Gas abgelassen wird. Außer­ dem weist der Flugkörper einen Raum 3 auf, der die Energieversorgung für den Sucherkopf 1 und die Schub­ erzeugungsvorrichtung 2 sowie die übrigen Aggregate des Flugkörpers enthält. Der Sucherkopf enthält außer­ dem die Elektronik zur Steuerung von Schubgröße und Richtung der seitlichen Schubstrahlen.

Die folgende Beschreibung, die auf die Fig. 1 und 2 Bezug nimmt, befaßt sich mit den Prinzipien der Arbeitsweise in einer Ebene, die die Längsachse umfaßt. Die gleichen Prinzipien sind für eine Ebene zutreffend, die im Winkel von 90° versetzt ist und wenn die Schub­ vorrichtungen in den beiden Ebenen zusammen arbeiten, dann kann der Flugkörper dreidimensional gesteuert werden.

Der Sucherkopf 1 sucht ein Ziel und bestimmt den Winkel zwischen der Längsachse des Flugkörpers und der Sichtlinie Y zwischen Flugkörper und Ziel. Dieser Winkel wird als "Justierfehlerwinkel" bezeichnet. Das Justierfehlersignal wird einer elektrischen Verstärker- und Kompensationsschaltung 4 zugeführt, um ein elek­ trisches Signal zu erzeugen, welches proportional einem differentiellen Schubbefehl (δT) ist, und es wird einer weiteren elektrischen Verstärker- und Integratorstufe 5 zugeführt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches dem Seitenschubbefehl T proportional ist. Diese elektrischen Signale werden dann in einer Schaltung 6 summiert und in einer Stufe 7 differenziert, um elektrische Signale für die vorderen und hinteren Gruppen von Schubdüsen in der folgenden Weise zu erzeugen (diese Funktionen können in dem Sucherkopf durchgeführt werden). Durch die kombinierte Wirkung der elektrischen Eingangssignale und einer Sägezahn-Trägerwelle vom Generator 8 erzeugt ein Elektro­ magnetantrieb 9, 10 Rechteckwellenimpulse variabler Breite, auf die die Elektromagnete 11, 12 ansprechen. Die sich hieraus ergebende Bewegung der Elektromagnete erzeugt mittlere Schubpegel, die proportional dem je­ weiligen Bedarf sind und die Resultierende dieser mittleren Schubpegel stellt einen Schub T dar, der durch den Massenmittelpunkt hindurchläuft und ein Dreh­ moment erzeugt, welches um diesen Massenmittelpunkt wirkt und proportional δT ist.

Nachdem der Flugkörper vom Startfahrzeug abgeschossen ist, wird die im Raum 3 befindliche Energieversor­ gung aktiviert und der Sucherkopf 1 sucht nach einem Ziel innerhalb seines Sichtfeldes. Wenn augenblick­ lich kein Ziel sichtbar ist, dann führt der Flug­ körper eine konische Abtastung um seinen Massenmittel­ punkt durch, um das Suchersichtfeld zu verbreitern. Wenn ein Ziel ausgemacht ist, dann verfolgt der Sucher­ kopf 1 das Ziel und beginnt Justierfehlersignale aus­ zusenden. Diese werden dann durch elektrische Schaltungen 4, 5, 6, 7 in Schubbefehle umgeformt, was wiederum durch die Wirkung der Elektromagnete 11, 12 der vorderen und hinteren Schubdüsen bewirkt wird. Der resultierende Seitenschub und das Drehmoment bewirken eine transla­ torische Bewegung und eine Rotationsbewegung des Flug­ körpers und dies wird durch den Sucherkopf festge­ stellt und zur Erzeugung weiterer Justierfehlersignale benutzt. Dieses Verfahren durch das der Sucherkopf 1 quasi kontinuierliche Korrekturen auf die Flugkörper­ bewegung ausübt, dauert fort bis der Flugkörper das Ziel erreicht hat.

Bei dem in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Aus­ führungsbeispiel werden vier Düsenpaare 2a benutzt, die in zwei parallelen Ebenen angeordnet sind, welche im gleichen Abstand auf gegenüberliegenden Seiten der Längs­ achse X des Flugkörpers liegen. Die Düsen sind außerdem in zwei Gruppen angeordnet, die symmetrisch im Abstand längs der Achse auf gegenüberliegenden Seiten des Massen­ mittelpunktes des Flugkörpers liegen. Die Pfeile in diesen Figuren zeigen die Schubrichtung an, die durch Ablassen von Gas aus den jeweiligen Düsen erzeugt wird, so daß eine Seitwärtsbewegung der Längsachse gemäß Fig. 3, eine Drehbewegung der Längsachse gemäß Fig. 4 und eine Drehbewegung um die Längsachse gemäß Fig. 5 zustande kommt. Wenn dieses Steuer­ verfahren benutzt wird, bestimmt der Sucherkopf den Gesamtwinkel zwischen der Längsachse des Flug­ körpers und der Sichtlinie zwischen Flugkörper und Ziel (anstelle von zwei Komponenten mit 90°) sowie die Richtung des Winkels gegenüber der gemeinsamen Wirkungsebene der Schubvorrichtung.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 bis 5 können zur Verbesserung der Steuerung die Düsen (statt in der Ebene, in der sie liegen ausgerichtet zu sein) in einem Winkel gegenüber jenen Ebenen angestellt sein, der von der gemeinsamen Ebene durch die Längsachse zwischen und parallel zu den erwähnten Ebenen weg verläuft. Statt dessen oder zusätzlich können zwei entgegengesetzt gerichtete Paare von radial gerichteten Düsen in einer Ebene vorgesehen sein, die durch die Achse geht und rechtwinklig zu den erwähnten Ebenen liegt.

Die Erfindung kann beispielsweise für Flugkörper An­ wendung finden, die gestartet werden und keinen eigenen Vortrieb aufweisen. Die Erfindung kann aber auch für Flugkörper Anwendung finden, die eine mit Brennstoff versorgte Vortriebseinheit tragen und hierbei bezieht sich der erwähnte Begriff "Massenmittelpunkt" auf den Flugkörper, nachdem der Kraftstoff in der Schubvorrich­ tung verbraucht ist oder die Antriebseinheit abgeworfen ist.

Die Erfindung kann auch für Bomben und andere Geschosse Anwendung finden und all diese Flugkörper sollen unter dem Ausdruck "Lenkflugkörper u. dgl." zusammengefaßt werden.

Claims (6)

1. Steuereinrichtung für einen Lenkflugkörper oder dergleichen, der eine Längsachse auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrich­ tung eine Mehrzahl von seitlich gerichteten Düsen umfaßt, um ein Strömungsmittel austreten zu lassen und um dadurch seitliche Schübe auf den Flugkörper wirken zu lassen, und daß die Düsen in wenigstens zwei Gruppen angeordnet sind, die in Längsrichtung im Abstand zueinander so angeordnet sind, daß die Schübe das Flugver­ halten des Flugkörpers steuern können.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen paarweise angeordnet sind, wobei die beiden Düsen eines jeden Paares in unterschiedlichen Gruppen und in gegeneinander gerichteten und nach außen ge­ richteten Paaren von Düsen in jeder von wenigstens zwei Ebenen angeordnet sind, die durch die Längs­ achse verlaufen und im Winkel von 90° aufeinander stehen.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen paarweise angeordnet sind, wobei die beiden Düsen eines jeden Paares in unterschiedlichen Gruppen und gegenüberliegend und in nach außen gerichteten Düsenpaaren in wenigstens zwei parallelen Ebenen angeordnet sind, die symmetrisch von der Längsachse im Abstand angeordnet sind.

4. Lenkflugkörper mit einer Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen von Düsen symmetrisch im Abstand in Längsrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Massenmittel­ punktes des Flugkörpers angeordnet sind.

5. Flugkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, um die Größe und die Anwendung des Schubs gemäß dem Winkel zwischen der Längsachse des Flugkörpers und einer Ziellinie einzustellen.

6. Verfahren zur Steuerung des Flugverhaltens eines Flugkörpers oder dergleichen, mit einer Längs­ achse, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsmittel in seitlicher Richtung aus mehreren Stellen des Flugkörpers und auf gegenüberliegenden Seiten des Massenmittelpunktes des Flugkörpers in Längsrichtung gesehen, austritt, und daß das Abblasen des Strömungsmittels gesteuert wird, um das gewünschte Flugverhalten zu erreichen.