DE4012153A1 - Steuervorrichtung fuer einen flugkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Flugkörper nach den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Ein derartiger Flugkörper ist aus der DE 28 46 372-C3 be­ kannt. Dieser Flugkörper ist beispielsweise als Geschoß ausgebildet und weist einen Überschalldiffusor auf, so daß diese Geschosse vergleichsweise große Kaliberdurchmesser von über 150 mm bilden. Deshalb sind zur Flugkorrektur und Lenkung beispielsweise eine Gruppe von radial gerichteten Steuerdüsen in einem Geschoßmantelsektor in Umfangsrich­ tung angeordnet, wodurch die aus der Querkraft des Verdich­ tungsstoßes, der um das Geschoß herumfließenden Überschall­ strömung genutzt werden kann. Zur Erzielung eines Lenkungs­ impulses ist es notwendig, die von einer Druckgasquelle er­ zeugten hochgespannten Gase kurzzeitig den Steuerdüsen zu­ zuführen. Zur Umlenkung der hochgespannten Gase in die Steuerdüsen ist innerhalb einer Leitungsverzweigung ein nach dem Coandaeffekt wirkendes Fluidic-Element angeordnet.

Für den Strömungsumschlag sind innerhalb der Leitungsver­ zweigung in gegenüberliegenden Wandvertiefungen Elektroden vorgesehen, die jedoch einen hohen Energiebedarf für eine erforderliche starke elektrische Entladung benötigen. Zur Bereitstellung dieser hohen elektrischen Energie ist je­ doch ein erheblicher Raumbedarf erforderlich, der insbeson­ dere bei Flugkörpern mit einem Kaliberdurchmesser < 100 mm nicht vorhanden ist.

Es ist ferner bekannt, den Strömungsumschlag durch Gas- oder Flüssigkeitszufuhr zu erzeugen. Dazu dienen beispiels­ weise bekannte elektromechanisch arbeitende Schaltventile. Derartige Schaltventile sind jedoch ebenfalls wegen des er­ forderlichen großen Raumbedarfs und einer zu langsamen Ar­ beitsweise für eine Lenkung eines schnellfliegenden Flug­ körpers, beispielsweise einer Rakete, einer steuerbaren Submunition oder zur Endphasenlenkung eines Geschosses nicht geeignet. Ein weiterer Nachteil ist eine möglicher­ weise unzureichende Abschußfestigkeit bei derartig beweglichen Aktuatoren.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, die eingangs be­ schriebene Steuervorrichtung derartig zu verbessern, daß ein gezielter schneller Gasstromumschlag bei geringem Ei­ genenergie- und Raumbedarf zur Lenkung schnellfliegender Flugkörper möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor.

Der Einsatz von Miniaturflammkapseln oder Druckgaspatronen als Aktuator eines jeden Fluidic-Wandstrahlelementes ermög­ licht vorteilhaft eine äußerst kurzzeitige Ansprechzeit von < 1 ms, für den Gasstromumschlag. Dadurch wird das Lenkverhalten, insbesondere schnellfliegender Flugkörper wesentlich verbessert. Durch eine große Mehrfachanordnung der Flammkapseln oder Gasdruckpatronen kann die Anzahl der Lenkimpulse erhöht und auf einfache Weise variiert sowie dem Flugprofil angepaßt werden.

Insbesondere gestattet einerseits eine Anordnung der Aktua­ toren innerhalb einer scheibenförmigen Aufnahme und ande­ rerseits eine Anordnung eines jeden Fluidic-Wandelementes halb schnellfliegender Flugkörper mit vorzugsweise kleinem Kaliberdurchmesser < 100 mm. Der Einsatz von Flammkapseln und Druckgaspatronen vermeidet bewegliche Teile und die daraus bekannten Nachteile. Die Funktion des Steuersystems ist auch bei Störungen gewährleistet, weil jede Flammkap­ sel bzw. Druckgaspatrone für sich redundant ist. Die han­ delsüblich erhältlichen Flammkapseln und Druckgaspatronen weisen raumsparend einen Durchmesser von 3 bis 7 mm und eine Länge von 5 bis 9 mm auf.

Die Aktuatoren bewirken bei jeder Steuerscheibe innerhalb der Verzweigung einen Strömungsumschlag, wodurch der hoch­ gespannte Gasstrom von der einen Seite der Verzweigung auf die andere Verzweigungsseite umgeschaltet wird. Dadurch wird das Gas von einer ersten radial gerichteten Steuerdüse einer in entgegengesetzte Richtung weisenden zweiten Steuerdüse zugeführt. Bei einer Anordnung von vorzugsweise vier Steuerscheiben, bei denen die Wandstrahlelemente jeweils um 90° versetzt angeordnet sind, strömt bei monostabiler Strömungslage der Gasstrom aus je einer ebenfalls um 90° versetzten Steuerdüse, so daß kein Lenkimpuls erzeugt wird.

Bei einem Strömungsumschlag innerhalb nur einer Steuer­ scheibe kann schlagartig ein Lenkungsimpuls von 2 in eine Richtung weisenden Gasströmen genutzt werden. Bei einem zeitgleichen Strömungsumschlag innerhalb zwei um 90° ver­ setzten Steuerdüsen kann weiter vorteilhaft der Lenkungs­ impuls von vier Gasströmen unter 45° schlagartig wirksam genutzt werden.

Die Steuervorrichtung wird im einzelnen anhand der nachfol­ gend aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Steuervorrichtung eines Flugkörpers in einem Längsschnitt,

Fig. 2 die Anordnung der Aktuatoren in einem in der Fig. 1 mit II-II gekennzeichneten Schnittver­ lauf,

Fig. 3 bis Fig. 6 unterschiedliche Einbaulagen der vier Steuer­ scheiben, wobei

Fig. 3 einen in der Fig. 1 mit III-III gebildeten Schnittverlauf,

Fig. 4 einen in der Fig. 1 mit IV-IV gekennzeichneten Schnittverlauf,

Fig. 5 einen in der Fig. 1 mit V-V gekennzeichneten Schnittverlauf,

Fig. 6 einen in der Fig. 1 mit VI-VI gekennzeichneten Schnittverlauf zeigt.

Die Fig. 1 verdeutlicht ausschnittweise einen Längenbe­ reich eines nicht näher dargestellten Flugkörpers 12 mit einer Darstellung einer darin angeordneten Steuervorrich­ tung 10. Ein Flugkörpermantel 13 umhüllt die Steuervorrich­ tung 10, die im wesentlichen drei Hauptkomponenten umfaßt: nämlich einen mit einem Treibsatz versehenen Gasgenerator 18, ferner beispielsweise vier Fluidic-Stufen bildende Steuerscheiben 36.1, 36.2, 36.3, 36.4 und eine Aktuatoren 20 aufnehmende scheibenförmige Aufnahme 24.

Die auch in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Steuerscheiben 36.1 bis 36.4 enthalten auf einer Symmetrieachse 32, 34 jeweils eine Leitungsverzweigung 16, deren jeweiliger Eingang 46 zur Zuführung des von dem Gasgenerator 18 er­ zeugten Gasstromes durch einen separaten Gaskanal 48.1, 48.2, 48.3., 48.4 mit dem Gasgenerator 18 verbunden ist.

Die Leitungsverzweigung 16 enthält zwei Ausgänge 38.1, 38.2, deren Ableitkanäle 40.1, 40.2, mit auf dem Umfang des Flugkörpermantels 13 gegenüberliegend angeordneten Steuerdüsen 14.1, 14.2 verbunden sind.

Auf jeweils der gleichen Seite enthält jede Leitungsver­ zweigung 16 ein Fluidic-Wandstrahlelement 22. Da beispiels­ weise alle vier in der Fig. 1 dargestellten Steuerscheiben 36.1 bis 36.4 hintereinander angeordnet sind, wobei ent­ sprechend den Fig. 3 bis 6 die Fluidic-Wandstrahlelemente 22 eine jeweils um 90° versetzte Lage zueinander einneh­ men, wird sich bei fehlendem Ansteuersignal der Fluidic- Elemente 22 aufgrund einer asymmetrischen Ausführung der Leitungsverzweigung 16 der hochgespannte Gasstrom des Gas­ generators 18 stets monostabil an die Wand des Fluidic-Ele­ mentes anlegen und aus dem Düsenausgang 14.1 ausströmen. In dieser Anordnung der Fluidic-Elemente 22 ermöglichen die vier Steuerscheiben 36.1 bis 36.4 eine gegenüber dem Flugkörper 12 kräftefreie Ausströmung der Heißgase in die vier Himmelsrichtungen.

Zur Erzeugung eines Steuerimpulses, beispielsweise in eine in der Fig. 4 mit 50 bezeichnete Richtung, ist es notwen­ dig, den Heißgasstrom innerhalb der Leitungsverzweigung 16 nicht mehr in die radiale Steuerdüse 14.1, sondern in die entgegengesetzt angeordnete radiale Steuerdüse 14.2 zu lenken. Für den Gasstromumschlag muß das Fluidic-Wand­ strahlelement 22 von einem Aktuator initiiert werden. Bei diesem Flugkörper 12 werden als Aktuatoren Miniaturflamm­ kapseln 20 oder Druckgaspatronen eingesetzt.

Die Fig. 1 und 2 verdeutlichen die Anordnung der Minia­ turflammkapseln 20 oder Druckgaspatronen in einer scheiben­ förmigen Aufnahme 24 innerhalb des Flugkörpermantels 13. Die Aufnahme 24 enthält eine den Fluidic-Wandstrahlelemen­ ten 22 entsprechende Anzahl durch Wände 25 getrennte Kam­ mern 26.1, 26.2, 26.3, 26.4, in denen die Miniaturflammkap­ seln 20 oder Druckgaspatronen in einem separaten Block zu­ sammengefaßt sind.

Jede Kammer 26.1 bis 26.4 enthält benachbart zur äußeren Steuerscheibe 36.1 eine Vorkammer 28.1, 28.2, 28.3, 28.4, die über eine in den Fig. 3 bis 6 dargestellte Steuer­ leitung 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 mit einem Fluidic-Wand­ strahlelement 22 verbunden ist.

Die Trennwände 25 sorgen für einen gasdichten Abschluß zwischen den einzelnen Aktuatorblöcken.

Nach Zünden eines beispielsweise in der Kammer 26.1 ange­ ordneten Aktuators 20 wird in der entsprechenden Vorkammer 28.1 ein Druck aufgebaut, so daß über die Steuerleitung 30.1 das Fluidic-Wandstrahlelement 22 den Gasstromumschlag bewirken kann. Im dargestellten Beispiel strömt nun der Gasstrom radial aus der Steuerdüse 14.2 aus, so daß dem Flugkörper 12 ein Steuerimpuls in die entgegengesetzte Richtung 50 verliehen wird. Sobald beispielsweise eine oder mehrere Flammkapseln 20 abgebrannt sind schlägt der Gasstrom zur Beendigung dieses Steuervorganges wieder zur anderen Seite innerhalb der Leitungsverzweigung 16 zurück.

Die Ansteuerung bzw. Zündung der Aktuatoren 20 erfolgt über einen nicht dargestellte Elektronik, die automatisch je nach der zur Lenkung benötigten Impulsdauer die ent­ sprechenden Aktuatoren 20 in den jeweiligen Kammern 26.1 bis 26.4 nacheinander durchschaltet. Dadurch wird verhin­ dert, daß bereits abgebrannte Flammkapseln 20 nochmals einen Zündimpuls erhalten.

Die Elektronik gestattet auch ein gleichzeitiges Zünden von mehreren Aktuatoren 20 in unterschiedlichen Kammern. Werden beispielsweise die Aktuatoren 20 der Kammern 26.1 und 26.2 gleichzeitig gezündet, so werden die in den Fig. 3 und 5 dargestellten Fluidic-Wandstrahlelemente 22 über die Steuerleitungen 30.1 und 30.2 in einer minimalen Ansprechzeit von kleiner 1 ms mit Druck beaufschlagt, so daß schlagartig Generatorgase einerseits aus der Steuer­ düse 14.2 der Steuerscheibe 36.1 (Fig. 3) und aus der Steuerdüse 14.1 der Steuerscheibe 36.4 (Fig. 6) in die gleiche Richtung 52 strömen, wärend andererseits Genera­ torgase aus der Steuerdüse 14.1 der Steuerscheibe 36.2 und aus der Steuerdüse 14.2 der Steuerscheibe 36.3 in die gleiche Richtung 50 strömen. Dadurch wird beispielsweise ein resultierender Gesamtsteuerimpuls unter 45° durch den maximalen Massenstrom aller 4 Steuerdüsen in die Rich­ tung 53 erzeugt. Durch Hinzufügung weiterer Steuerscheiben kann der Steuerimpuls noch verstärkt werden, wobei jedoch darauf geachtet werden muß, daß eine gerade Zahl Steuer­ scheiben hinzugefügt werden und jeweils zwei Steuerschei­ ben so ausgerichtet sind, daß die Fluidic-Wandstrahlele­ mente 22 diametral zur Flugkörperachse 42 gegenüberliegend angeordnet sind.

Jede Flammkapsel 20 oder Druckgaspatrone kann je nach An­ forderung ein hochgespanntes Gas zur Beaufschlagung der Fluidic-Wandstrahlelemente 22 über einen Zeitbereich zwischen 2 ms und 10 ms erzeugen. Zur Erzeugung eines be­ stimmten Flugprofiles kann die Anzahl der scheibenförmigen Aufnahme 24 der Aktuatoren 20 in nicht dargestellter Weise erhöht werden.

Der Gasgenerator 18 wird durch einen Anzünder 43 über ei­ nen Anzündsatz 44 gezündet, wobei die Steuerscheiben 36.1 bis 36.4 und die Aufnahme 24 zentral den Anzündsatz 44 für den als Gasgenerator 18 ausgebildeten Treibsatz auf­ nehmen. Die heißen Generatorgase gelangen anschließend von der Brennkammer 19 in die separaten Gaskanäle 48.1 bis 48.4, wobei jeder Gaskanal in der oder den zwischen dem Gasgenerator 18 und der Leitungsverzweigung 16 liegenden Steuerscheibe(n) angeordnet ist.

Bezugszeichenliste

10 Steuervorrichtung
12 Flugkörper
13 Flugkörpermantel
14.1 Steuerdüse
14.2 Steuerdüse
16 Leitungsverzweigung
18 Gasgenerator
19 Brennkammer
20 Aktuator
22 Fluidic-Element
24 Aufnahme
25 Wand
26.1 bis
26.4 Kammer
28.1 bis
28.4 Vorkammer
30.1 bis
30.4 Steuerleitung
32 Symmetrieachse
34 Symmetrieachse
36.1 bis
36.4 Steuerscheibe
38.1 Ausgang
38.2 Ausgang
40.1 Ableitkanal
40.2 Ableitkanal
42 Flugkörperachse
43 Zünder
44 Anzündsatz
46 Eingang
48.1 bis
48.4 Gaskanal
50, 51, 52, 53 Richtung

Claims (7)

1. Steuervorrichtung für einen Flugkörper (12) mit am Flugkörperumfang angeordneten radial gerichteten Steu­ erdüsen (14.1, 14.2), die jeweils über eine Leitungs­ verzweigung (16) mit einem Gasgenerator (18) verbunden sind, wobei zur Erzeugung eines Steuerimpulses ein von dem Gasgenerator (18) erzeugter hochgespannter Gasstrom innerhalb der Leitungsverzweigung (16) durch ein von einem Aktuator initiiertes Fluidic-Wandstrahlelement (22) einen Gasstromumschlag erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Fluidic-Wandstrahlelement (22) als Aktuator Mini­ aturflammkapseln (20) oder Druckgaspatronen zugeordnet sind.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Miniaturflammkapseln (20) oder Druckgaspatronen sind in mindestens einer scheibenförmigen Aufnahme (24) innerhalb des Flugkörpermantels (13) angeord­ net,
• b) die Aufnahme (24) enthält eine den Fluidic-Wand­ strahlelementen (22) entsprechende Anzahl, durch Wände (25) getrennte Kammern (26.1, 26.2, 26.3, 26.4),
• c) in jeder Kammer (26.1, 26.2, 26.3, 26.4) sind die Miniaturflammkapseln (20) oder Gasdruckpatronen in einem separaten Block zusammgefaßt,
• d) jede Kammer (26.1, 26.2, 26.3, 26.4) enthält eine Vorkammer (28.1, 28.2, 28.3, 28.4), die über eine Steuerleitung (30.1, 30.2, 30.3, 30.4) mit einem Fluidic-Wandstrahlelement (22) verbunden ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekenn­ zeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die im Fluidic-Wandstrahlelement (22) vorhandene Leitungsverzweigung (16) befindet sich auf einer Symmetrieachse (32, 34) einer innerhalb des Flugkör­ permantels (13) angeordneten Steuerscheibe (36.1, 36.2, 36.3, 36.4),
• b) die Leitungsverzweigung (16) enthält zwei Ausgänge (38.1, 38.2), deren Ableitkanäle (40.1, 40.2) mit auf dem Umfang des Flugkörpermantels (13) gegenü­ berliegend angeordneten Steuerdüsen (14.1, 14.2) verbunden sind.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine gerade Zahl hintereinander angeordneter Steuerscheiben (36.1, 36.2, 36.3, 36.4), wobei jeweils zwei Steuerscheiben diametral der Flugkörperachse (42) gegenüberliegend angeordnete Fluidic-Wandstrahlelemente (22) aufweisen.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Steuerscheiben (36.1, 36.2, 36.3, 36.4) hintereinander angeordnet sind, deren Fluidic-Wandstrahlelemente (22) jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet sind.

6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheiben (36.1, 36.2, 36.3, 36.4) und die Auf­ nahme (24) zentral einen Anzündsatz (44) für einen als Gasgenerator (18) ausgebildeten Treibsatz aufnehmen.

7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung des von dem Gasgenerator (18) erzeugten Gas­ stromes jeder Eingang (46) einer Leitungsverzweigung (16) durch einen separaten Gaskanal (48.1, 48.2, 48.3, 48.4) mit dem Gasgenerator (18) verbunden ist, wobei jeder Gaskanal in der oder den zwischen dem Gasgene­ rator (18) und der Leitungsverzweigung (16) liegenden Steuerscheibe(n) (36.1, 36.2, 36.3, 36.4) angeordnet ist.