DE102016101560A1

DE102016101560A1 - Transverse thrust device for active web and attitude control of missiles

Info

Publication number: DE102016101560A1
Application number: DE102016101560.1A
Authority: DE
Inventors: Helmut Niedermaier; Guido Kurth; Norman Hopfe; Tobias Meyer
Original assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Current assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2017-08-03
Also published as: FR3047307A1

Abstract

Vorrichtung zur aktiven Bahn- und Lagesteuerung (3) von Flugkörpern (1, 2), umfassend ein Schubsystem mit mehreren Düsen, wobei die Vorrichtung wenigstens ein Plenum (8) zur Aufnahme eines Gasmassenstroms aufweist, mit dem Plenum (8) verbundene Düsen (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) und wenigstens einen Aktuator (5, 5‘) zur Beeinflussung der Schubrichtung des Flugkörpers (1, 2).Active web and attitude control device (3) of missiles (1, 2), comprising a multi-nozzle thrust system, the device comprising at least one plenum (8) for receiving a gas mass flow, nozzles (4) connected to the plenum (8) , 4 ', 4' ', 4' '') and at least one actuator (5, 5 ') for influencing the thrust direction of the missile (1, 2).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie ein System zur aktiven Bahn- und Lagesteuerung von Flugkörpern, das an beliebige Gas-Generatoren angehängt und davon versorgt wird. Die Erfindung bezieht sich auf ein sog. Attitude-Control-System (ACS) (Lagesteuerungssystem) und ist auf Divert and Attitude-Control-Systeme (DACS) erweiterbar. The invention relates to a device, a method and a system for active orbit and attitude control of missiles, which is attached to any gas generators and supplied by it. The invention relates to a so-called Attitude Control System (ACS) (attitude control system) and is extensible to Divert and Attitude Control Systems (DACS).

Fortgesetzte Proliferation von Vernichtungswaffen und ihren ballistisch und aerodynamisch fliegenden Trägermitteln erfordert eine zunehmende Luftverteidigung und Flugkörperabwehr. Den Streitkräften müssen deshalb Mittel bereitgestellt werden, die gegen solche Bedrohungen wirksam schützen. Continued proliferation of extermination weapons and their ballistic and aerodynamically-flying launchers requires increasing air defense and missile defense. The armed forces must therefore be provided with resources that effectively protect against such threats.

Bodengestützten, wassergestützten und luftgestützten Flugabwehrraketen-Systemen zur Abwehr von Flugzeugen, Marschflugkörpern, taktischen ballistischen Raketen oder sonstigen fliegenden Körpern kommt deshalb eine zunehmende Bedeutung zu. Ground-based, water-based and airborne anti-aircraft missile systems for aviation of aircraft, cruise missiles, tactical ballistic missiles or other flying bodies are therefore becoming increasingly important.

So wurde beispielsweise der als PAC-3 bezeichnete Lenkflugkörper zur Bekämpfung von höher entwickelten ballistischen Raketen entworfen, der jedoch auch im Einsatz für konventionelle Luftziele war. Der PAC-3-Lenkflugkörper ist dazu bestimmt, primär feindliche Raketen durch einen direkten Treffer („Hit-to-Kill“) zu zerstören, da hierdurch eine sichere Zerstörung des Gefechtskopfes gewährleistet werden kann. Der PAC-3-Lenkflugkörper kann auch mittels eines Splittersprengkopfes mit Näherungszünder auch bei knappen Vorbeiflügen eine Vernichtung des Ziels („Kill“) sicherstellen. Um die nötige Präzision für ein direktes Abfangmanöver zu gewährleisten, wurden ein aktiver Puls-Doppler-Radarsucher und Schubdüsen in die Flugzelle integriert. For example, the missile, designated PAC-3, was designed to combat more advanced ballistic missiles, but was also in use for conventional air targets. The PAC-3 guided missile is designed to destroy primarily enemy missiles by a hit-to-kill, as this can ensure a safe destruction of the warhead. The PAC-3 guided missile can also ensure destruction of the target ("kill") by means of a splinter warhead with proximity fuse, even in light fly-bys. To ensure the necessary precision for a direct intercept maneuver, an active pulse Doppler radar seeker and thrusters were integrated into the flight cell.

Bei Flugkörpern dieser Art spielt das auch in die deutsche Sprache eingegangene sog. Attitude-Control-System (ACS) eine große Bedeutung. Es handelt sich hierbei um eine in der Raumfahrttechnik übliche Bezeichnung für das Lage- und Bahnregelungssystem eines Raumfahrzeugs. In besonderem Maße bezieht es sich auf ein System zur Beeinflussung des Querschubs derartiger Flugkörper. Ein solches System enthält typischerweise Sensoren, z.B. Sonnensensoren oder Sternensensoren, einen Lagekontrollrechner sowie Aktoren, z.B. Reaktionsräder oder Triebwerke. GPS-Empfänger oder On-Board-Navigationssysteme können hinzutreten. For missiles of this type, the Attitude Control System (ACS), which has also entered the German language, plays a major role. It is a common name in aerospace engineering for the attitude and trajectory control system of a spacecraft. In particular, it relates to a system for influencing the transverse thrust of such missiles. Such a system typically includes sensors, e.g. Sun sensors or star sensors, a position control computer and actuators, e.g. Reaction wheels or engines. GPS receivers or on-board navigation systems can be added.

ACS-Systeme bzw. Raketenantriebe sind etwa in den Patentschriften US 5,098,041 A , US 8,242,422 B2 , US 8,113,468 B2 oder WO 2008/048702 A2 beschrieben. ACS systems or rocket engines are approximately in the patents US 5,098,041 A . US 8,242,422 B2 . US 8,113,468 B2 or WO 2008/048702 A2 described.

Bei Lenkflugkörpersystemen, wie etwa dem PAC-3, werden mehrere kleine Treibstoffkartuschen auf dem Umfang des Flugkörpers verteilt, mit individueller Zündmöglichkeit und rollendem Flugkörper als Voraussetzung. Ein rollender Flugkörper wird vorausgesetzt, damit sich die noch zündbaren Kartuschen im richtigen Winkelfenster befinden. Dies führt zu bestimmten Ansprüchen und Anforderungen an die Steuerung und die damit verbundenen Schwingungen sowie zu Einschränkungen bei der Auswahl des Suchkopfes („Seeker“). Rollende Flugkörper bewirken eine Rotation des Bildes der Landschaft des Zielgebiets oder des Ziels auf dem Detektor eines Suchkopfes. Ein Verfahren zur selbständigen Lenkung eines Flugkörpers, der um seine Längs- oder Rollachse rotiert, ist etwa in der DE 39 41 389 A1 beschrieben. In guided missile systems, such as the PAC-3, several small fuel cartridges are distributed around the perimeter of the missile, with individual firing capability and a rolling missile as a prerequisite. A rolling missile is required so that the still ignitable cartridges are in the correct angle window. This leads to certain demands and demands on the control and the associated vibrations as well as restrictions on the selection of the seeker head ("Seeker"). Rolling missiles cause rotation of the image of the landscape of the target area or target on the detector of a seeker's head. A method for independently steering a missile which rotates about its longitudinal or roll axis is approximately in the DE 39 41 389 A1 described.

Ebenso bekannt im Stand der Technik sind sog. Terminal High Altitude Area Defense (THAAD)-Waffensysteme, die in Verbindung mit Divert and Attitude-Control-Systemen (DACS) sog. endo-atmosphärische Kill Vehicle mit Flüssigtreibstoff darstellen. Diese Waffensysteme richten sich insbesondere gegen kurz- und mittelstrecken-ballistische Flugkörper und sollen dazu dienen, diese Flugkörper in bedeutender Entfernung von dem Zielobjekt und in großer Höhe zu zerstören. Das hierbei eingesetzte DACS-System sieht einen schnelleren Antrieb vor, der den THAAD-Flugkörper und sein Kill Vehicle (kinetischer Gefechtskopf) so positionieren kann, dass es das angreifende Objekt abfangen kann. Das DACS-System sieht hierbei zwei Arten des Antriebs vor, nämlich einen für die sog. Attitude-Control und den anderen für das Manövrieren des Gefechtskopfes (Kill Vehicle). Also known in the art are so-called Terminal High Altitude Area Defense (THAAD) weapon systems which, in conjunction with divert and attitude control systems (DACS), constitute so-called endo-atmospheric kill vehicles with liquid propellant. In particular, these weapon systems are aimed at short and medium range ballistic missiles and are intended to destroy these missiles at a significant distance from the target and at high altitude. The DACS system used here provides a faster drive that can position the THAAD missile and its Kill Vehicle (kinetic warhead) so that it can intercept the attacking object. The DACS system provides for two types of propulsion, namely one for the so-called Attitude Control and the other for the maneuvering of the warhead (Kill Vehicle).

Bekannt sind ebenfalls die sog. Standard Missile 3 (SM-3) schiffsbasierten Trägersysteme, die endo-atmosphärische Gefechtsköpfe (Kill Vehicle) mit DACS-System und Festtreibstoff einsetzen. Also known are the so-called. Standard Missile 3 (SM-3) ship-based carrier systems that use endo-atmospheric warheads (Kill Vehicle) with DACS system and solid propellant.

Die insbesondere für obere Luftschichten vorgesehenen Flugkörper sind häufig zweistufig oder mehrstufig aufgebaut und umfassen regelmäßig eine Antriebsstufe und eine Wirkstufe, auch Kill Vehicle genannt. Nach dem Trennen der Antriebsstufe wird das Kill Vehicle mit Querschubdüsen in das anvisierte Objekt gelenkt (DACS = Divert and Attitude-Control-System). Ein DACS-System mit Querschubdüsen enthält häufig vier Düsen im Schwerpunkt des Flugkörpers, die die geforderte Querbeschleunigung aufbringen. Außerdem sind regelmäßig mindestens vier Düsen am Heck oder auch an der Spitze des Kill Vehicle angeordnet, die die Lage des Kill Vehicle kontrollierten. Divert and Attitude-Control-Systeme werden mithin eingesetzt, einen Flugkörper bei einem Endanflug (Endgame) auf ein Ziel zu steuern. The missiles, which are provided in particular for upper air layers, are often of two-stage or multi-level design and regularly include a drive stage and an action stage, also called a kill vehicle. After disconnecting the drive stage, the Kill Vehicle is directed with transverse thrust nozzles into the targeted object (DACS = Divert and Attitude Control System). A DACS system with transverse thrust nozzles often contains four nozzles in the center of gravity of the missile, which apply the required lateral acceleration. In addition, at least four nozzles are regularly arranged at the rear or at the top of the kill vehicle, which controlled the location of the kill vehicle. Divert and attitude control systems are therefore used to steer a missile at a final approach (endgame) to a target.

Bei dem mit der Bezeichnung Aster versehenen Boden-Luft-Lenkflugkörper werden vier Düsen in den Flügelspitzen eingesetzt mit Wirkung infolge des Schwerpunkts und des verwendeten Festtreibstoffes. The Aster-type ground-to-air guided missile uses four nozzles in the wing tips, acting as a result of the center of gravity and the solid propellant used.

ACS- bzw. DACS-Systeme werden nach dem beschriebenen Stand der Technik also eingesetzt, um die aerodynamische Steuerung von Flugkörpern zu unterstützen, insbesondere wenn die aerodynamische Wirkung der Steuerflächen reduziert ist. Dies kann z.B. in großen Höhen oder bei niedrigen Geschwindigkeiten eintreten. ACS or DACS systems are therefore used in the prior art described in order to assist the aerodynamic control of missiles, in particular when the aerodynamic effect of the control surfaces is reduced. This can e.g. at high altitudes or at low speeds.

ACS- bzw. DACS-Systeme werden auch eingesetzt, wenn keine aerodynamischen Steuerflächen vorgesehen sind, z.B. im exo-atmosphärischen Flug bzw. wenn die Agilität des Flugkörpers zu gering ist, z.B. im Endgame für Direkttreffer. ACS and DACS systems are also used when no aerodynamic control surfaces are provided, e.g. in exo-atmospheric flight or if the agility of the missile is too low, e.g. in the endgame for direct hits.

Besonders im sog. Endgame sind jedoch schnelle Bahnänderungen vorzunehmen, wofür erhebliche Querschubkräfte erforderlich sind. Hierbei werden zwei Arten unterschieden:
Zum einen kann der Schubeintrag durch den Flugkörper-Schwerpunkt zur direkten Bahnveränderung genutzt werden. Zum anderen kann der Schubeintrag außerhalb des Schwerpunkts zur Änderung der Flugkörperlage zur Unterstützung der aerodynamischen Kräfte eingesetzt werden. However, especially in the so-called Endgame fast track changes are made, for which considerable transverse thrust forces are required. Here are two types:
On the one hand, the thrust entry through the missile center of gravity can be used for direct path modification. On the other hand, the thrust entry outside the center of gravity can be used to change the position of the missile to support the aerodynamic forces.

Nach dem Stand der Technik kommen in den vorerwähnten Systemen sowohl diskret als auch kontinuierlich arbeitende Systeme zur Anwendung. According to the state of the art, discretely as well as continuously operating systems are used in the aforementioned systems.

Teilweise wird, wie dargestellt, ein rollender Flugkörper vorausgesetzt, damit sich die noch zündbaren Kartuschen im richtigen Winkelfenster befinden. Dies hat entsprechende Auswirkungen auf die Auslegung der Kartuschen hinsichtlich Impuls und Brenndauer sowie die Lenklogik des Flugkörpers. Weiter führt dies zu bestimmten Anforderungen an die Steuerung im Hinblick auf das Schwingungsverhalten sowie zu Einschränkungen bei der Sucherwahl. Partly, as shown, a rolling missile is required so that the still ignitable cartridges are in the correct angle window. This has a corresponding effect on the design of the cartridges in terms of pulse and burning time and the steering logic of the missile. Furthermore, this leads to certain requirements on the control with regard to the vibration behavior as well as restrictions on the viewfinder selection.

Die bislang im Stand der Technik entwickelten Systeme sind auf spezifische Flugkörper und Gasgeneratoren zugeschnitten bzw. an diese geknüpft und nicht in beliebigen Systemen einsetzbar. Zum Teil werden Festtreibstoff-Gasgeneratoren benötigt, wie etwa im System Aster. Andere Systeme arbeiten mit Flüssigtreibstoff-Gasgeneratoren, etwa im THAAD-endo-atmosphärischen Kill Vehicle System mit DACS. Teilweise müssen die Antriebsarten sogar im eigenen System je nach Einsatz ausgetauscht werden. The systems developed hitherto in the state of the art are tailored to specific missiles and gas generators or connected to them and can not be used in any systems. In some cases, solid fuel gas generators are needed, such as in the Aster system. Other systems use liquid fuel gas generators, such as the THAAD endo-atmospheric Kill Vehicle System with DACS. In some cases, the drive types must even be changed in their own system depending on the application.

Ausgehend von diesen Nachteilen des Standes der Technik ist es deshalb eine Aufgabe der Erfindung, auf ein Rollen der Rakete bzw. des Flugkörpers während des Fluges verzichten zu können. Based on these disadvantages of the prior art, it is therefore an object of the invention to be able to dispense with a rolling of the missile or the missile during the flight.

Weiter stellt sich das technische Problem, eine Ausgestaltung zu schaffen, bei der keine Einschränkungen bei der Auswahl der Sucher-Konzepte hingenommen werden müssen. Next is the technical problem to create an embodiment in which no restrictions on the selection of the searcher concepts must be accepted.

Ferner stellt sich das technische Problem, ein System für derartige Flugkörper zur Verfügung zu stellen, das unabhängig von der Art der eingesetzten Gasgeneratoren ist, das insbesondere unabhängig von der Art der dort verwendeten Treibstoffarten, etwa Festtreibstoff, Flüssigtreibstoff oder gelartiger Treibstoff, ist. Furthermore, there is the technical problem to provide a system for such missiles, which is independent of the type of gas generators used, which is particularly independent of the type of fuel used there, such as solid propellant, liquid fuel or gelatinous fuel.

In diesem Zusammenhang stellt sich weiterhin die Aufgabe, ein System zur Verfügung zu stellen, das auf beliebige Gasgeneratoren aufgeschaltet werden kann. In this context, the task remains to provide a system that can be switched to any gas generators.

Ferner soll das System in verschiedenen Raketentypen einsetzbar sein. Insbesondere soll es je nach Art und Größe der Flugkörper an diese angepasst, insbesondere skaliert werden können. Furthermore, the system should be used in different types of missiles. In particular, it should be adapted to the type and size of the missile to this, in particular can be scaled.

Insbesondere stellt sich die Aufgabe im Vergleich zu der im Stand der Technik durch Impulse getakteten Gaserzeugung und des nicht veränderbaren Schubniveaus infolge des Mangels an Möglichkeiten zur Veränderung des engsten Querschnitts, ein System zur Verfügung zu stellen, das eine feinere Bahn- und Lageregelung erreicht. In particular, the object is to provide a system that achieves a finer orbit and attitude control as compared to the prior art pulsed gas generation and non-variable thrust level due to the lack of opportunities to alter the narrowest cross section.

Des weiteren soll das aerodynamische Querbeschleunigungsvermögen des Flugkörpers und damit die Agilität des Flugkörpers verbessert werden. Furthermore, the aerodynamic lateral acceleration of the missile and thus the agility of the missile to be improved.

Weiterhin soll das System einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein. Furthermore, the system should be simple and inexpensive to produce.

Gelöst werden diese Aufgaben mittels einer Vorrichtung und eines Verfahrens, einer Verwendung sowie eines Systems nach Anspruch 1 und Anspruch 13, 19, 22. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen. These objects are achieved by means of a device and a method, a use and a system according to claim 1 and claim 13, 19, 22. Advantageous embodiments can be found in the subclaims.

Die erfindungsgemäße aktive Bahn- und Lagesteuerung von Flugkörpern ermöglicht Luft- und Raketenverteidigungssystemen mit Abwehrflugkörpern, auf fremde und als Bedrohung eingestufte Flugkörper mit signifikantem Abstand vom erwarteten Wirkungsziel einwirken zu können. Diese Bedrohungen können durch ballistische und pseudo-ballistische Flugkörper eintreten. Die Flugkörper können dabei Kurz-, Mittel- und Langstrecken-ausgerichtete Objekte sein. Sie können hoch und tief fliegen. The active orbit and attitude control of missiles according to the invention allows missile defense systems with missiles to act on missiles classified as foreigners at a significant distance from the expected impact target. These threats can occur through ballistic and pseudo-ballistic missiles. The missiles may be short, medium and long range oriented objects. You can fly high and low.

Solche Bedrohungen können von Raketen, Lenkflugkörpern oder sonstigen sich im Luftraum bewegenden Objekten ausgehen. Such threats can come from missiles, missiles, or other objects moving in the airspace.

Die vorliegende Erfindung baut dabei auf dem Attitude-Control-System (ACS) auf, also einem aktiven Lage- und Bahnregelungssystem nutzend eine Querschubeinheit zur entsprechenden Steuerung des Flugkörpers auf. The present invention is based on the attitude control system (ACS), that is to say an active position and path control system using a transverse thrust unit for the corresponding control of the missile.

Unter Flugkörpern im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Raketen, Lenkflugkörper oder sonstige im Luftraum bzw. im Orbit sich bewegende Objekte verstanden. For the purposes of the present invention, missiles are understood to mean rockets, guided missiles or other objects moving in the airspace or in orbit.

Es ist dabei bekannt, dass solche Flugkörper eines Luft- und Raketenverteidigungssystems zur Abwehr von anderen Flugkörpern in unterschiedlichen Höhen eingesetzt werden und die Abfanghöhen ebenfalls unterschiedlich sein können. Ohne dass es für die vorliegende Erfindung darauf ankommt, wie sich diese Abfanghöhen voneinander unterscheiden, ist festzuhalten, dass dort unterschiedliche Luftdichten zu berücksichtigen sind. It is known that such missiles of an air and missile defense system are used to defend other missiles at different heights and the interception heights may also be different. Without it being important for the present invention how these interception heights differ from one another, it should be noted that different air densities are to be taken into account there.

Die vorliegende Erfindung kann bei Abwehrflugkörpern verwendet werden, die in unteren Abfangschichten eingesetzt werden und die aerodynamische Steuerflächen aufweisen, um den Flugkörper relativ zur Anströmung anzustellen und zu trimmen. Durch diese Anstellung des Flugkörpers wird ein Auftrieb erzeugt, so dass der Flugkörper gelenkt werden kann. Die durch die Erfindung zur Verfügung stellbare Querbeschleunigung ist auch in unteren Abfangschichten nutzbar. The present invention may be used with defensive missiles which are deployed in lower scavenger layers and which have aerodynamic control surfaces to position and trim the missile relative to the airflow. Through this employment of the missile, a buoyancy is generated, so that the missile can be steered. The transverse acceleration which can be provided by the invention can also be used in lower intercepting layers.

Die Erfindung kann aber auch bei Abwehrflugkörpern verwendet werden, die in größeren Abfanghöhen eingesetzt werden. Durch die geringe Luftdichte in großen Höhen ist die aerodynamische Wirkung von Steuerflächen stark reduziert, was dazu führen kann, dass der Abwehr-Flugkörper die geforderte Querbeschleunigung nicht mehr aufbringen kann und damit das Zielobjekt nicht mehr treffen kann. However, the invention can also be used in defense missiles, which are used in larger interception heights. Due to the low air density at high altitudes, the aerodynamic effect of control surfaces is greatly reduced, which can lead to the fact that the defense missile can no longer apply the required lateral acceleration and thus can no longer hit the target object.

Zu diesem Zweck setzt die Erfindung das Attitude-Control-System (ACS) ein, also eine Querschubeinheit, die vor und/oder nach dem Schwerpunkt des Flugkörpers für einen Querschub sorgt. Diese außerhalb des Schwerpunkts des Flugkörpers angeordnete Querschubeinheit bezieht sich auf die Längsachse des Flugkörpers in Flugrichtung. For this purpose, the invention employs the attitude control system (ACS), ie a transverse thrust unit, which ensures a transverse thrust before and / or after the center of gravity of the missile. This arranged outside the center of gravity of the missile transverse thrust unit refers to the longitudinal axis of the missile in the direction of flight.

Die Einrichtung zur Erzeugung des Querschubs ist so ausgestaltet, dass eine hohe Dynamik des Querschubverhaltens erreicht wird und hierdurch die zur Verfügung stehende Zeit so reduziert werden kann, dass der Abwehr-Flugkörper in der Lage ist, einen Direkttreffer gegen das Zielobjekt zu ermöglichen. The means for generating the transverse thrust is designed so that a high dynamics of the transverse thrust behavior is achieved and thereby the time available can be reduced so that the defense missile is able to make a direct hit against the target object.

Die Querschubeinheit des ACS ist vorzugsweise in Flugrichtung vor dem Schwerpunkt des Flugkörpers positioniert; sie kann aber auch hinter dem Schwerpunkt des Flugkörpers positioniert sein. Durch die angegebene Positionierung kann bei entsprechendem Aktivieren des Antriebs der Querschubeinheit ein Querschub erzeugt werden. The transverse thrust unit of the ACS is preferably positioned in the direction of flight in front of the center of gravity of the missile; but it can also be positioned behind the center of gravity of the missile. The specified positioning can be used to generate a transverse thrust if the drive of the transverse thrust unit is activated accordingly.

Hierdurch wird die Anstellwinkelzeitkonstante des Flugkörpers z.B. im Endgame reduziert. As a result, the pitch angle time constant of the missile is e.g. reduced in the endgame.

Hierdurch wird weiter das aerodynamische Querbeschleunigungsvermögen des Flugkörpers erhöht. This further increases the aerodynamic lateral acceleration capacity of the missile.

Folglich wird die Agilität des Flugkörpers verbessert, um ausreichend schnelle Richtungsänderungen durchführen zu können. Diese Leistungssteigerung kann neben dem Endgame auch in großen sowie niedrigen Höhen erzielt werden. Consequently, the agility of the missile is improved to be able to make sufficiently fast changes in direction. This performance increase can be achieved in addition to the Endgame in both large and low heights.

Die Anordnung der Querschubeinheit des ACS vor oder hinter dem Schwerpunkt des Flugkörpers generiert Drehmomente zum schnelleren Aufbau bzw. Abbau des Anstellwinkels. The arrangement of the shear unit of the ACS in front of or behind the center of gravity of the missile generates torques for a faster build-up or reduction of the angle of attack.

Durch die ggf. zusätzliche Anordnung der Querschubeinheit des ACS im Schwerpunkt des Flugkörpers kann dieser als Kill Vehicle mit Querschub- und Lageregelung, was allgemein als „Divert Attitude-Control-System (DACS)“ bezeichnet wird, eingesetzt werden. By possibly additional arrangement of the shear unit of the ACS in the center of gravity of the missile this can be used as a kill vehicle with shear thrust and attitude control, which is commonly referred to as "Divert Attitude Control System (DACS)" used.

Ein Einsatz dieses Systems kann bevorzugt im exo-atmosphärischen Bereich stattfinden. An application of this system may preferably take place in the exo-atmospheric region.

Erfindungsgemäß weist die Querschubeinheit (ACS) eine Vorrichtung für ein Schubsystem mit mehreren Düsen, Aktuatoren und einem sog. Plenum auf. According to the invention, the transverse thrust unit (ACS) has a device for a thrust system with a plurality of nozzles, actuators and a so-called plenum.

Die Düsen sind vorzugsweise kartesisch oder im wesentlichen kartesisch angeordnet. The nozzles are preferably Cartesian or substantially Cartesian.

Durch die kartesische bzw. quasi-kartesische Anordnung wird erreicht, dass kein Rollen des Flugkörpers während des Fluges notwendig wird. Hierdurch sind insbesondere andere Suchkopf(Seeker)-Konzepte möglich bzw. es ist kein rotierendes Frontend erforderlich. The Cartesian or quasi-Cartesian arrangement ensures that no rolling of the missile during the flight is necessary. As a result, in particular other seeker (Seeker) concepts are possible or there is no rotating front end required.

Die Vorrichtung weist in Bezug auf die Düsen ein oder mehrere Stellglieder zur Ansteuerung von Heißgas-Pintlen und/oder Heißgas-Ventilen sowie Heißgas-Leitungen auf. The device has with respect to the nozzles on or more actuators for controlling hot gas Pintlen and / or hot gas valves and hot gas lines.

Die Anzahl der Düsen kann, zur individuellen Konzeption für spezifische Szenarien, von drei bis acht Düsen variiert werden. In der Praxis werden vielfach Anordnungen mit vier Düsen in kartesischer bzw. im wesentlichen kartesischer Anordnung ausreichen. The number of nozzles can be varied from three to eight nozzles for individual design for specific scenarios. In practice, arrangements with four nozzles in Cartesian or substantially Cartesian arrangement will suffice in many cases.

Die einzelnen Heißgas-Pintles oder Heißgas-Ventile regeln den oder die entsprechenden Massenströme. Der Massenstrom wird aus einem oder mehreren Gasgenerator(en) einem – noch darzustellenden – Plenum zugeleitet und von dort auf die Düsen verteilt. Der Antrieb für die Querschubeinheit (ACS) wird von einem Gasgenerator bewerkstelligt. The individual hot gas pintles or hot gas valves regulate the corresponding mass flow or streams. The mass flow is fed from one or more gas generator (s) to a plenum (yet to be shown) and distributed from there to the nozzles. The drive for the shear unit (ACS) is accomplished by a gas generator.

Die Vorrichtung und das System sind modular aufgebaut, an verschiedene Flugkörper-Konzepte angepasst. Sie sind weiter so aufgebaut, skaliert zu werden, je nach Leistungsanforderung, Platzverfügbarkeit und Flugkörperdurchmesser. Auf diese Weise können die Düsen in verschiedenen Ebenen mit kleinem Durchmesser als auch in einer Ebene mit einem großen Durchmesser angeordnet werden. Zudem kann das System für verschiedene Betriebszeiten genutzt werden, solange eine Gasversorgung zur Verfügung steht. The device and the system are modular, adapted to different missile concepts. They continue to be scaled up according to power demand, space availability and missile diameter. In this way, the nozzles can be arranged in different levels of small diameter as well as in a plane with a large diameter. In addition, the system can be used for different operating times, as long as a gas supply is available.

Das Düsensystem ist vorzugsweise so ausgelegt, dass der engste Querschnitt variiert werden kann, und zwar von einer Stellung „maximal geöffnet“ bis „minimal geschlossen“ bzw. „komplett verschlossen“. The nozzle system is preferably designed so that the narrowest cross-section can be varied, from a position "maximum open" to "minimally closed" or "completely closed".

Die Konfiguration des engsten Querschnitts wird aktiv gesteuert. Zudem ist es in Abhängigkeit der Anwendung auch möglich, das Düsensystem so zu steuern, dass der Druck im Plenum konstant bleibt, und zwar auch bei nicht regelbaren Gasgeneratoren, z.B. bei einem Standard-Festtreibstoff-Stirnbrenner. The configuration of the narrowest cross section is actively controlled. In addition, depending on the application, it is also possible to control the nozzle system so that the pressure in the plenum remains constant, even with non-controllable gas generators, e.g. at a standard solid fuel front burner.

Die Düsen können je nach Anforderung und Einsatzzweck verschiedene Bauformen aufweisen. Insbesondere können Pintle-Düsen mit fester Düse, das heißt feste Düsen mit verschiebbarem Zentraldom eingesetzt werden. Depending on the requirements and intended purpose, the nozzles can have different designs. In particular, Pintle nozzles with a fixed nozzle, that is, solid nozzles with a displaceable central dome can be used.

Ebenso geeignet sind Pintle-Düsen mit beweglicher Düse, das heißt beweglichem Düsenhals über einem festen Zentraldom. Also suitable are Pintle nozzles with a movable nozzle, that is, a movable nozzle throat above a fixed central dome.

Gleichermaßen verwendbar sind Düsen mit drehbarem Einsatz im Düsenhals oder mit drehbaren Divergenten. Equally usable are nozzles with rotatable insert in the nozzle neck or with rotatable divergent.

Ebene Düsen mit verschiebbarem Einsatz im Düsenhals oder verschiebbaren divergenten 3D-Düsen, das heißt Düsen mit formänderndem engsten Querschnitt, sind ebenfalls geeignet. Plane nozzles with slidable insert in the nozzle throat or displaceable divergent 3D nozzles, that is nozzles with shape changing narrowest cross section, are also suitable.

Pintle-Düsen weisen regelmäßig einen Düsenhals mit in diesem platzierter Pintle, einem Konturkörper, auf. Pintle-Düsen sind im Stand der Technik bekannt. Pintle nozzles regularly have a nozzle neck with pintle, a contoured body, placed in the latter. Pintle nozzles are known in the art.

Falls das System als Bahnsteuerelement eines Kill Vehicles eingesetzt werden soll, umfasst die konstruktive Ausgestaltung auch vollständig verschließbare Düsenkonzepte, um auch lange Betriebszeiten abdecken zu können und gleichzeitig den Treibstoffverbrauch zu reduzieren. If the system is to be used as a path control element of a kill vehicle, the structural design also includes completely closable nozzle concepts in order to be able to cover even long periods of operation and at the same time to reduce fuel consumption.

Zur besseren Sicht auf das gegnerische Flugobjekt agieren die Düsen in verschiedensten Kombinationen, um das Sichtfeld des Suchkopfes (Seeker) präzise zu stabilisieren. Diese Seeker-Daten werden in Manövrierkommandos umgewandelt, mit denen die Querschub-Düsen gesteuert werden. Auf Grundlage der Manövrierkommandos liefern die Querschub-Düsen die erforderliche Kraft für eine akkurate Positionierung des Flugkörpers zur Kollision mit dem gegnerischen Flugobjekt. For a better view of the enemy flying object, the nozzles act in various combinations to precisely stabilize the field of view of the seeker (Seeker). These Seeker data are converted into maneuvering commands that control the thrust jets. Based on the maneuvering commands, the lateral thrust nozzles provide the necessary force for accurate positioning of the missile to collide with the opposing flying object.

In Verbindung mit dem Düsensystem wird vorzugsweise eine Aktuatorik eingesetzt, die eine sehr schnelle und gleichmäßige Regelung der Schubrichtung ermöglicht. In connection with the nozzle system, an actuator system is preferably used, which allows a very fast and uniform control of the thrust direction.

Je nach Anforderung an die Stellzeit können elektromechanische, hydraulische, pneumatische oder servo-pneumatische Aktuatoren eingesetzt werden. Depending on the requirement on the positioning time electromechanical, hydraulic, pneumatic or servo-pneumatic actuators can be used.

Ebenso ist eine Heißgas-Pneumatik vorteilhaft, welches aus dem Querschub(ACS)-Plenum druckversorgt wird. Likewise advantageous is a hot-gas pneumatic system, which is supplied with pressure from the transverse thrust (ACS) column.

Die Arbeitsweise der Aktuatoren hängt dabei von dem für die Querschubeinheit (ACS) eingesetzten Gasgenerator ab. Die Aktuatoren sind direkt verbunden mit den Heißgas-Pintles, welche die Schubrichtung des ACS regeln. Sie sind funktionsmäßig gleichermaßen mit den ebenfalls einsetzbaren Heißgas-Ventilen verbunden. The operation of the actuators depends on the gas generator used for the shear unit (ACS). The actuators are directly connected to the hot gas pintles, which regulate the thrust direction of the ACS. They are functionally equally connected to the likewise usable hot gas valves.

Mit Hilfe der Aktuatorik ist eine kontinuierliche Regelbarkeit der resultierenden Schubkräfte gewährleistet. With the help of the actuators a continuous controllability of the resulting shear forces is guaranteed.

Die Schubrichtung des Flugkörpers wird durch die Düsen und das durch diese ausströmende Gas beeinflusst. Somit wird die Flugkörperänderung vordergründig nicht durch den Aktuator beeinflusst, sondern lediglich implizit. Implizit deswegen weil der Aktuator dafür verantwortlich ist, dass aus der gewünschten „richtigen“ Düse unter den vielen Düsen das Gas ausströmt um somit die Schubrichtung in gewünschter Form zu beeinflussen. The thrust direction of the missile is influenced by the nozzles and the gas flowing through them. Thus, the change of the missile is superficially not influenced by the actuator, but only implicitly. Implicitly because the actuator is responsible for the fact that out of the desired "correct" nozzle among the many nozzles, the gas flows out in order to influence the direction of thrust in the desired form.

Wenn der Gasgenerator, z.B. ein Festtreibstoff-Gasgenerator, einen konstanten Massenstrom bewirkt, kann die Schubrichtung der Querschubeinheit durch die Aktuatoren reguliert werden, welche gegensätzliche Pintle-Düsen steuern. When the gas generator, eg, a solid fuel gas generator, causes a constant mass flow, the thrust direction of the shear unit can be regulated by the actuators controlling opposing pintle nozzles.

Falls ein variabler Massenstrom-Gasgenerator, z.B. ein Flüssigtreibstoff-, Geltreibstoff- oder geregelter Ramjet-Gasgenerator, eingesetzt wird, erfolgt die Lage- und Bahnregelung durch individuelle Ansteuerung der einzelnen Düsen, wobei je nach Betriebszeit darüber hinaus zusätzlicher Treibstoff gespart wird. Dieser Effekt wird erzielt, da lediglich die Querschubeinheit(ACS)-Düsen geöffnet werden, welche notwendig sind, um den erforderlichen Schub zur Verfügung zu stellen. Alle anderen Düsen bleiben geschlossen, um somit dem Verlust an Gas, welches ohne Nutzung ausströmen würde, vorzubeugen. Zusätzlich können dadurch auch die Schubrichtung sowie das Druckniveau im Plenum geregelt werden, um lange Betriebszeiten realisieren zu können. If a variable mass flow gas generator, e.g. a liquid fuel, or propellant or regulated Ramjet gas generator is used, the position and path control by individual control of the individual nozzles, wherein additional fuel is saved depending on the operating time beyond. This effect is achieved by only opening the shearing unit (ACS) nozzles necessary to provide the required thrust. All other nozzles remain closed, thus preventing the loss of gas which would flow out without use. In addition, it is also possible to control the direction of thrust and the pressure level in plenum in order to be able to realize long operating times.

Mithin wird die Querschubeinheit von einem diskret oder kontinuierlich betriebenen, regelbaren Gasgenerator versorgt, der das (nachfolgend noch dargestellte) Plenum und die Düsen mit produziertem Gas versorgt, welches die notwendige Schubrichtung bewerkstelligt. Thus, the transverse thrust unit is powered by a discretely or continuously operated variable gas generator which supplies the plenum (shown below) and the nozzles with produced gas which accomplishes the necessary thrust direction.

Die Konstruktion weist neben den erläuterten Düsen und Aktuatoren weiterhin das bereits erwähnte Plenum auf. In dem Plenum wird der Gesamtmassenstrom aus einem oder mehreren Gasgenerator(en) gesammelt und von dort auf alle Düsen verteilt. Diese einzelnen Heißgas-Pintles oder Heißgas-Ventile regeln dann die ihnen zugeleiteten entsprechenden Massenströme. The construction, in addition to the illustrated nozzles and actuators continue to the already mentioned plenary. In the plenum, the total mass flow is collected from one or more gas generators and distributed from there to all nozzles. These individual hot gas pintles or hot gas valves then regulate the corresponding mass flows supplied to them.

Die Schnittstelle zwischen dem Flugkörper und Querschubeinheit (ACS) stellt somit das Plenum dar – und nicht der verwendete Gasgenerator. The interface between the missile and shear unit (ACS) thus represents the plenum - and not the gas generator used.

Das Plenum ist ein von seinem Eingang und Ausgang abgesehen geschlossener Körper, der unterschiedliche Geometrien aufweisen kann. Das Plenum kann etwa zylinderförmig oder kochtopfförmig sein. Das Material ist unter Berücksichtigung des Einsatzzweckes beliebig auswählbar. The plenum is a closed body apart from its entrance and exit, which may have different geometries. The plenum may be approximately cylindrical or Kochopfpffförmig. The material is freely selectable taking into account the intended use.

Das Plenum und seine Konstruktion sind unabhängig von dem jeweils einzusetzenden oder eingesetzten Gaserzeugungssystems des Flugkörpers. Das Plenum kann mithin auf beliebige Arten von Gasgeneratoren eingesetzt werden. Hierzu bedarf es lediglich des Einsatzes von entsprechenden Anschlüssen oder Adaptern. The plenum and its construction are independent of the particular gas generating system of the missile to be used or used. The plenum can therefore be used on any type of gas generators. This requires only the use of appropriate connectors or adapters.

Durch die erfinderische Ausgestaltung von Düsen, Aktuatoren und Plenum wird eine Trennung von Querschubeinheit (ACS) bzw. Kill Vehicle mit Querschubdüsen (DACS) einerseits und Gasgenerator andererseits ermöglicht. Dies bedeutet, dass eine solche Konstruktion den modularen Einsatz in verschiedenen Flugkörperkonzepten ermöglicht sowie eine Erweiterung des ACS-System in ein DACS-System in einem Kill Vehicle. Due to the inventive design of nozzles, actuators and plenum a separation of shear unit (ACS) or Kill Vehicle with transverse thrust nozzles (DACS) on the one hand and gas generator on the other hand allows. This means that such a design allows modular use in various missile concepts as well as an extension of the ACS system into a DACS system in a kill vehicle.

Die Bauteile des ACS/DACS-Systems können als individuelle Konzepte zu ihrer Integration in derartigen Flugkörpern zusammen mit spezifischen Systemen verwendet werden, bei gleichzeitig freier Wahl des Gasgenerators. The components of the ACS / DACS system can be used as individual concepts for their integration in such missiles together with specific systems, with simultaneous free choice of gas generator.

Regelalgorithmen bewirken die Steuerung der Aktuatoren und der Pintle-Düsen oder der Heißgas-Ventile. Bei Verwendung von regelbaren Gasgeneratoren im Flugkörper ist eine zusätzliche Regelung des Gasgenerator-Massenstroms zur Reduzierung des Treibstoffverbrauchs bei langen Betriebszeiten und in Phasen geringer ACS-Schubanforderungen vorteilhaft möglich. Control algorithms control the actuators and the pintle nozzles or the hot gas valves. When using controllable inflators in the missile, additional control of the inflator mass flow is advantageously possible to reduce fuel consumption during long periods of operation and in phases of low ACS thrust requirements.

Vorteilhafterweise stellt das Schubsystem des ACS auch eine Pitch und Yaw-Kontrolle für das Abfangen zur Verfügung. Advantageously, the ACS thrust system also provides pitch and yaw control for trapping.

Das vorbeschriebene Bahn- und Lagesteuerungssystem bringt den Flugkörper bei Bedarf in einer vorgegebenen Zeitdauer in eine kommandierte Position und hält ihn in dieser innerhalb definierter Genauigkeit des Gesamtsystems. The above-described orbit and attitude control system brings the missile when needed in a predetermined period of time in a commanded position and keeps him in this within a defined accuracy of the overall system.

Wenn die Regelung des Rollens des Flugkörpers kein notwendiger Bestandteil der Lageregelung darstellt, genügt die Verwendung von vorzugsweise vier kartesischen oder nahezu-kartesisch angeordneten Düsen. Die Erweiterung der Anordnung auf sechs bis acht Düsen ermöglicht freilich das Rollen des Flugkörpers, die Kontrolle der Rolleigenschaft des Flugkörpers sowie das Regeln des Rollens um die Rollachse. Das System ist also auch insoweit ausstattungsbezogen hoch flexibel. If the regulation of the rolling of the missile is not a necessary part of the attitude control, it is sufficient to use preferably four Cartesian or nearly Cartesian nozzles. The extension of the arrangement to six to eight nozzles of course allows the rolling of the missile, the control of the role of the missile property and the rules of rolling around the roll axis. The system is also highly flexible in terms of equipment.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht in niedrigen und großen Höhen Direkttreffer mit hoher Präzision. The system according to the invention enables direct hits with high precision at low and high altitudes.

Das System ist außerordentlich kompakt. The system is extremely compact.

Ein kontinuierlicher Betrieb des Systems ist möglich. Continuous operation of the system is possible.

Ebenfalls ist eine einfache Erweiterbarkeit zu einem DACS-System möglich. Also, a simple expandability to a DACS system is possible.

Das System zeichnet sich folglich insgesamt dadurch aus, dass ein zentrales Plenum vorhanden ist und betrieben wird. Hierdurch wird eine Unabhängigkeit von einem bestimmten Gasgenerator-Typ ermöglicht. Das System kann damit mit beliebigen Gasgeneratoren verwendet werden. Es ist nach dem Vorstehenden so aufgebaut und ausgelegt, dass es in verschiedenen Flugkörper-Typen eingebaut bzw. skaliert werden kann. Dazu müssen keine größeren Designänderungen vorgenommen werden, sondern lediglich die Anordnung angepasst oder im Falle eines Kill Vehicles erweitert werden. Durch die kartesische bzw. nahezu-kartesische Anordnung wird erreicht, dass ein Rollen des Flugkörpers während des Fluges nicht notwendig ist, wodurch insbesondere eine Vielzahl von Seeker-Konzepten möglich wird bzw. kein rotierendes Frontend erforderlich ist. Overall, the system is characterized by the existence and operation of a central plenum. This allows independence from a particular gas generator type. The system can thus with any Gas generators are used. It is constructed and designed according to the above, so that it can be installed or scaled in different types of missile. This requires no major design changes to be made, but merely the arrangement adapted or extended in the case of a kill vehicle. By Cartesian or near-Cartesian arrangement is achieved that a rolling of the missile during the flight is not necessary, which in particular a variety of Seeker concepts is possible or no rotating front end is required.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist beispielshaft in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Hierbei zeigen An embodiment of the invention is shown by way of example in the following figures. Show here

1 ein schematische Darstellung einer Rakete mit Anordnung einer Querschubeinheit (ACS), 1 a schematic representation of a rocket with the arrangement of a shear unit (ACS),

2 eine Darstellung der Anordnung einer Querschubeinheit (ACS) bei verschiedenen Raketentypen, 2 a representation of the arrangement of a shear unit (ACS) at different rocket types,

3 eine Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend Düsen, Aktuatoren und Plenum, 3 an arrangement of the device according to the invention comprising nozzles, actuators and plenum,

4 eine Art Röntgendarstellung der Konfiguration gemäß 3 in gedrehter Anordnung, 4 a kind X-ray representation of the configuration according to 3 in a rotated arrangement,

5 eine Düse, geschlossen sowie aufgeschnitten, 5 a nozzle, closed and cut open,

6 eine aufgeschnittene Darstellung der Anordnung eines Aktuators und zweier Düsen. 6 a cutaway view of the arrangement of an actuator and two nozzles.

1 zeigt die Anordnung einer Querschubeinheit (ACS) in einer Standardrakete. Hierbei sind zwei Raketen 2 dargestellt. Die Querschubeinheit 3 sitzt dabei jeweils außerhalb des Schwerpunktes des Flugkörpers. In der oben dargestellten Rakete ist die Querschubeinheit vor dem Schwerpunkt des Flugkörpers in Flugrichtung angeordnet, während in der unteren Rakete die Querschubeinheit in Flugrichtung nach dem Schwerpunkt des Flugkörpers dargestellt ist. 1 shows the arrangement of a shear unit (ACS) in a standard rocket. Here are two rockets 2 shown. The shear unit 3 in each case sits outside the center of gravity of the missile. In the rocket shown above, the transverse thrust unit is arranged in front of the center of gravity of the missile in the direction of flight, while in the lower missile, the transverse thrust unit is shown in the direction of flight to the center of gravity of the missile.

2 zeigt die Anordnung der Querschubeinheit 3 beispielhaft bei einer luftatmenden Rakete 1 sowie bei einer Standardrakete 2. In beiden Fällen sind die Querschubeinheiten jeweils vor dem Schwerpunkt des Flugkörpers in Flugrichtung gezeigt. 2 shows the arrangement of the shear unit 3 by way of example with an air-breathing rocket 1 as well as a standard rocket 2 , In both cases, the transverse thrust units are each shown in front of the center of gravity of the missile in the direction of flight.

3 zeigt eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren Düsen 4, 4‘, 4‘‘ sowie 4‘‘‘, zwei Aktuatoren 5, 5‘ sowie einem Plenum 8. 3 shows a schematic diagram of the device according to the invention with a plurality of nozzles 4 . 4 ' . 4 '' such as 4 ''' , two actuators 5 . 5 ' as well as a plenum 8th ,

Die Vorrichtung der Querschubeinheit setzt einen diskret oder kontinuierlich betriebenen, regelbaren Gasgenerator (nicht dargestellt) in dem Flugkörper voraus, um das Plenum 8 und die Düsen 4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘ der Querschubeinheit 3 mit produziertem Gas zu versorgen. Die Querschubeinheit 3 bewerkstelligt die notwendige Schubrichtung. The shear thruster unit requires a discretely or continuously operated controllable gas generator (not shown) in the missile to the plenum 8th and the nozzles 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' the shear unit 3 to supply with produced gas. The shear unit 3 accomplishes the necessary thrust direction.

Die 3 zeigt in einer Schemadarstellung die Möglichkeit der Ausgestaltung einer Querschubeinheit 3 bestehend aus Plenum 8, vier im wesentlichen kartesisch angeordneten Düsen 4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘ unterschiedlicher Ebenen und zweier Aktuatoren 5, 5‘. Die Querschubeinheit ist unabhängig vom verwendeten Gasgenerator und nicht auf eine bestimmte Treibstoffart beschränkt. Das für den Betrieb notwendige Gas kann aus verschiedenen Quellen, nämlich Fest-, Flüssig- oder Geltreibstoff, zur Verfügung gestellt werden. The 3 shows in a schematic representation of the possibility of the embodiment of a shear unit 3 consisting of plenum 8th , four essentially Cartesian nozzles 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' different levels and two actuators 5 . 5 ' , The shear unit is independent of the gas generator used and not limited to a particular type of fuel. The gas required for operation can be provided from a variety of sources, namely solid, liquid or biofuel.

Es kann, wie in 2 dargestellt, in verschiedenen Raketentypen eingesetzt werden, nämlich in der dort gezeigten luftatmenden Rakete, Standard-Feststoff-Rakete oder einem (nicht dargestellten) Kill Vehicle. It can, as in 2 shown used in various types of missile, namely in the air-breathing rocket shown there, standard solid rocket or a (not shown) Kill Vehicle.

Der Gesamtmassenstrom aus einem (oder mehreren) Gasgenerator(en) wird in dem Plenum 8 gesammelt und von dort auf alle vier Düsen 4–4‘‘‘ verteilt. The total mass flow from one (or more) gas generator (s) will be in the plenum 8th collected and from there to all four nozzles 4 - 4 ''' distributed.

Einzelne Heißgaspintles 6, 6‘, 6‘‘, 6‘‘‘ wie zwei von ihnen in 4 dargestellt sind, regeln die entsprechenden Massenströme. Die Schnittstelle zwischen Flugkörper und Querschubeinrichtung (ACS) stellt somit das Plenum und nicht der verwendete Gasgenerator. Mit Hilfe der in 3 sowie 4 gezeigten Aktuatoren 5, 5‘ ist eine kontinuierliche Regelbarkeit der resultierenden Schubkräfte gewährleistet. Single hot gas pintles 6 . 6 ' . 6 '' . 6 ''' like two of them in 4 are represented, regulate the corresponding mass flows. The interface between the missile and the transverse thrust device (ACS) thus represents the plenary and not the gas generator used. With the help of in 3 such as 4 shown actuators 5 . 5 ' a continuous controllability of the resulting shear forces is ensured.

5 zeigt eine erfindungsgemäße Düse 4 in der Ausgestaltung einer Pintle-Düse. Die obere Darstellung zeigt die Düse in geschlossenem Zustand, während die Düse im aufgeschnittenen Zustand unten die Pintle-Anordnung 6 wiedergibt. Die Düse weist einen Düsenhals auf. Es ist weiter die Befestigungslasche 9 erkennbar, mit der die Düse auf dem Plenum 8 gemäß 3 befestigt ist. 5 shows a nozzle according to the invention 4 in the embodiment of a pintle nozzle. The upper diagram shows the nozzle in the closed state, while the nozzle in the cut state below the Pintle arrangement 6 reproduces. The nozzle has a nozzle throat. It is still the fastening tab 9 Recognizable with the nozzle on the plenum 8th according to 3 is attached.

5 zeigt weiterhin das (geöffnete) Gaszuführungsrohr vom Plenum 8 zur Düse 4. In der aufgeschnittenen Darstellung ist die ebenfalls aufgeschnittene Pintle im Bereich des Düsenhalses erkennbar. 5 also shows the (open) gas supply pipe from the plenum 8th to the nozzle 4 , In the cutaway view, the cut pintle is also visible in the area of the nozzle neck.

In 3 ist das Plenum als kreisförmiger Behälter dargestellt, kann aber jegliche andere Behälterform zur Aufnahme des Gesamtmassenstroms des von einem oder mehreren Gasgeneratoren zur Verfügung gestellten Gases aufweisen. In 3 For example, if the plenum is shown as a circular container, it may have any other container shape for receiving the total mass flow of the gas provided by one or more gas generators.

Die Verbindung zwischen Plenum 8 und Düsen 4–4‘‘‘ ermöglicht den Einsatz jeweils gleicher, standardisierter Anschlüsse. The connection between plenum 8th and nozzles 4 - 4 ''' allows the use of the same, standardized connections.

Dasselbe gilt für die eingesetzten Aktuatoren 5, 5‘. The same applies to the actuators used 5 . 5 ' ,

Der ebenfalls nicht gezeigte Anschluss des Plenums 8 zum jeweils in dem Flugkörper eingesetzten Gasgenerator (nicht gezeigt) ist von der Ausgestaltung des jeweiligen Gasgenerators abhängig. The also not shown connection of the plenum 8th to each used in the missile gas generator (not shown) is dependent on the design of the respective gas generator.

6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Stellsystems in geöffneter Darstellung bestehend aus zwei axial zueinander angeordneten Düsen 4, 4‘, darin angeordneten Pintlen 6, 6‘ sowie einem Hebelarm 10 für die Bewegung der Pintle 6. Des weiteren ist ein Aktuator 5 dargestellt. Dieses Stellsystem hat die Aufgabe, vor der Aktivierung der Querschubeinheit (ACS) die jeweiligen Pintles in ihre Neutralstellung zu bringen und während des Betriebs die kommandierten Stellpositionen mit geforderter Genauigkeit innerhalb eines spezifizierten Zeitfensters zu erreichen. 6 shows an embodiment of an actuating system in an open view consisting of two axially mutually arranged nozzles 4 . 4 ' , Pintlen arranged in it 6 . 6 ' and a lever arm 10 for the movement of the pintle 6 , Furthermore, it is an actuator 5 shown. This actuating system has the task of bringing the respective pintles into their neutral position before activation of the shear unit (ACS) and to reach the commanded setting positions during operation with the required accuracy within a specified time window.

Aus den 3 und 4 wird das erfindungsgemäße Konzept einer Anordnung eines zentralen Plenums deutlich, das einen unabhängigen Einsatz von einem bestimmten Gasgenerator ermöglicht und somit auf beliebige Gasgeneratoren aufgeschaltet werden kann. Zudem ist das System derart aufgebaut und ausgelegt, dass es in verschiedenen Raketentypen eingebaut bzw. skaliert werden kann, was aus den 1 und 2 ersichtlich ist. Dazu müssen keine größeren Designänderungen vorgenommen, sondern lediglich die Anordnung angepasst oder im Fall eines Kill Vehicles erweitert werden. From the 3 and 4 the concept of an arrangement of a central plenum according to the invention becomes clear, which allows independent use of a specific gas generator and thus can be switched to any gas generators. In addition, the system is constructed and designed so that it can be installed or scaled in different rocket types, which from the 1 and 2 is apparent. This requires no major design changes, but merely the arrangement adapted or extended in the case of a kill vehicle.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: luftatmende Rakete air-breathing rocket
2 2: Standard-Rakete Standard Missile
3 3: Querschubeinrichtung (ACS) Transverse thrust device (ACS)
4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘ 4, 4 ', 4' ', 4' '': Düse jet
5, 5‘ 5, 5 ': Aktuator actuator
6, 6‘, 6‘‘, 6‘‘‘ 6, 6 ', 6' ', 6' '': Pintle pintle
7 7: Gaszuführungsrohr Gas supply pipe
8 8th: Plenum plenum
9 9: Befestigung attachment
10 10: Hebelarm lever arm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5098041 A [0006] US Pat. No. 5,089,041 A [0006]
US 8242422 B2 [0006] US 8242422 B2 [0006]
US 8113468 B2 [0006] US 8113468 B2 [0006]
WO 2008/048702 A2 [0006] WO 2008/048702 A2 [0006]
DE 3941389 A1 [0007] DE 3941389 A1 [0007]

Claims

Vorrichtung zur aktiven Bahn- und Lagesteuerung (3) von Flugkörpern (1, 2), umfassend ein Schubsystem mit mehreren Düsen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aufweist wenigstens ein Plenum (8) zur Aufnahme eines Gasmassenstroms, mit dem Plenum (8) verbundene Düsen (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) und wenigstens einen Aktuator (5, 5‘) zur Beeinflussung der Schubrichtung des Flugkörpers (1, 2). Device for active web and attitude control ( 3 ) of missiles ( 1 . 2 ) comprising a multi-nozzle thrust system, characterized in that the device comprises at least one plenum ( 8th ) for receiving a gas mass flow, with the plenum ( 8th ) connected nozzles ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) and at least one actuator ( 5 . 5 ' ) for influencing the thrust direction of the missile ( 1 . 2 ).

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) im wesentlichen kartesisch angeordnet sind. Device according to claim 1, characterized in that the nozzles ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) are arranged substantially Cartesian.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne, mehrere oder alle Düse(n) (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) einen variierbaren Querschnitt zum Einstellen der Öffnen- und Verschlussstellung aufweisen. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the individual, several or all nozzle (s) ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) have a variable cross section for adjusting the open and closed position.

Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) als Pintle-Düsen mit verschließbarem Zentraldom ausgestaltet sind. Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the nozzles ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) are designed as Pintle nozzles with a closable central dome.

Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) als Düsen mit beweglichem Düsenhals über einem festen Zentraldom ausgestaltet sind. Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the nozzles ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) are designed as nozzles with a movable nozzle neck on a fixed central Dome.

Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) als Düsen mit drehbarem Einsatz im Düsenhals oder drehbaren Divergenten ausgestaltet sind. Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the nozzles ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) are designed as nozzles with rotatable insert in the nozzle neck or rotatable divergent.

Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) mit verschiebbarem Einsatz im Düsenhals oder verschiebbaren divergenten 3D-Düsen mit formänderndem engsten Querschnitt ausgestaltet sind. Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the nozzles ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) are designed with displaceable insert in the nozzle throat or displaceable divergent 3D nozzles with form changing narrowest cross-section.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plenum (8) so ausgestaltet ist, dass es mit unterschiedlichen Typen eines Gasgenerators verbunden werden kann. Device according to claim 1, characterized in that the plenum ( 8th ) is designed so that it can be connected to different types of a gas generator.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (5, 5‘) als elektromechanische und/oder hydraulische und/oder pneumatische und/oder servo-pneumatische Aktuatoren ausgestaltet sind. Device according to claim 1, characterized in that the actuators ( 5 . 5 ' ) are designed as electromechanical and / or hydraulic and / or pneumatic and / or servo-pneumatic actuators.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (5, 5‘) eine Heißgas-Pneumatik aufweisen, welche aus dem Plenum (8) druckversorgt wird. Device according to claim 1, characterized in that the actuators ( 5 . 5 ' ) have a hot gas pneumatics, which from the plenum ( 8th ) is supplied with pressure.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausgestaltet ist, dass sie vor dem Schwerpunkt eines Flugkörpers in Flugrichtung oder hinter dem Schwerpunkt des Flugkörpers in Flugrichtung oder im Schwerpunkt des Flugkörpers angeordnet werden kann. Apparatus according to claim 1, characterized in that it is designed such that it can be arranged in front of the center of gravity of a missile in the direction of flight or behind the center of gravity of the missile in the direction of flight or in the center of gravity of the missile.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubsystem über eine Pitch- und/oder Yaw-Kontrolle verfügt. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pusher system has a pitch and / or yaw control.

System zur aktiven Bahn- und Lagesteuerung umfassend eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass sie außerhalb des Schwerpunktes oder im wesentlichen im Schwerpunkt eines Flugkörpers angeordnet werden kann. System for active attitude and attitude control comprising a device according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the device is designed so that it can be arranged outside of the center of gravity or substantially in the center of gravity of a missile.

System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es als Kill Vehicle mit Querschub- und Lageregelung (Divert Attitude Control System, DACS) einsetzbar ist. System according to claim 13, characterized in that it can be used as a Kill Vehicle with transverse thrust and position control (Divert Attitude Control System, DACS).

System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktuator (5, 5‘) mit wenigstens einer Düse (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) zur Beeinflussung der Schubrichtung des Flugkörpers (1, 2) verbunden ist. System according to claim 13, characterized in that the at least one actuator ( 5 . 5 ' ) with at least one nozzle ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) for influencing the thrust direction of the missile ( 1 . 2 ) connected is.

System nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Plenum (8) der Gesamtmassenstrom aus einem (oder mehreren) Gasgenerator(en) aufgenommen wird und der Gasmassenstrom von dem Plenum (8) auf alle Düsen (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) verteilt wird. System according to one or more of claims 13 to 15, characterized in that in the plenum ( 8th ) the total mass flow is taken from one (or more) gas generator (s) and the gas mass flow from the plenum ( 8th ) on all nozzles ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) is distributed.

System nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des wenigstens einen Aktuators (5, 5‘) eine kontinuierliche Regelbarkeit der resultierenden Schubkräfte ermöglicht wird. System according to one or more of claims 13 to 16, characterized in that by means of the at least one actuator ( 5 . 5 ' ) a continuous controllability of the resulting thrust forces is made possible.

System nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das System derart modular aufgebaut und ausgelegt ist, dass es in verschiedenen Flugkörpern eingebaut bzw. skaliert werden kann. System according to one or more of claims 13 to 17, characterized in that the system is modular and designed so that it can be installed or scaled in different missiles.

Verfahren zur aktiven Bahn- und Lagesteuerung von Flugkörpern (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Vorrichtung oder eines Systems nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 die Schubrichtung der Flugkörper (1, 2) durch wenigstens einen Aktuator (5, 5‘) bewerkstelligt wird, welcher mit wenigstens einer Düse (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) verbunden ist und wobei der Gesamtmassenstrom eines Gases aus einem (oder mehreren) Gasgenerator(en) in einem Plenum gesammelt und von dort auf alle Düsen (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) verteilt wird. Method for active web and attitude control of missiles ( 1 . 2 ), characterized in that by means of a device or a system according to one or more of claims 1 to 18, the thrust direction of the missile ( 1 . 2 ) by at least one actuator ( 5 . 5 ' ) which is provided with at least one nozzle ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) and wherein the total mass flow of a Gas collected from one (or more) gas generator (s) in a plenum and from there to all nozzles ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) is distributed.

Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Heißgas-Pintles oder Heißgas-Ventile der Düsen (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) die entsprechenden Massenströme regeln. A method according to claim 19, characterized in that individual hot gas Pintles or hot gas valves of the nozzles ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) regulate the corresponding mass flows.

Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen kartesische Anordnung der Düsen (4, 4‘, 4‘‘, 4‘‘‘) und des wenigstens einen Aktuators (5, 5‘) eine kontinuierliche Steuerbarkeit von Schubrichtung und Schubniveau sicher stellt. Method according to one or more of claims 19 to 20, characterized in that the substantially Cartesian arrangement of the nozzles ( 4 . 4 ' . 4 '' . 4 ''' ) and the at least one actuator ( 5 . 5 ' ) ensures continuous controllability of thrust direction and thrust level.

Verwendung einer Vorrichtung oder eines Systems nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn und/oder Lage von Flugkörpern (1, 2) aktiv gesteuert wird. Use of a device or a system according to one or more of claims 1 to 12, 13 to 18, characterized in that the path and / or position of missiles ( 1 . 2 ) is actively controlled.

Verwendung einer Vorrichtung bzw. eines Systems nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, 13 bis 18, 22, dadurch gekennzeichnet, dass diese bzw. dieses mit beliebigen Typen eines Gasgenerators verbunden wird. Use of a device or a system according to one or more of claims 1 to 12, 13 to 18, 22, characterized in that this or this is connected to any type of gas generator.

Verwendung einer Vorrichtung bzw. eines System nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass diese bzw. dieses als Kill Vehicle mit Querschub- und Lageregelung (Divert Attitude Control System, DACS) eingesetzt wird. Use of a device or a system according to one or more of claims 22 to 23, characterized in that this or this is used as a Kill Vehicle with shear thrust and position control (Divert Attitude Control System, DACS).