DE2715441C3 - Antrieb der Steuerflächen eines Flugkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb der Steuerflächen von Flugkörpern der Gattung, die im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannt ist.

Die meisten der gegewärtig verwendeten elektromechanischen Antriebe der Steuerflächen von Flugkörpern, zum Beispiel, der Trimmklappen, Querruder, Fliigelklappen und ähnlicher aerodynamischer Flächen sind konstruktiv analog gestaltet und enthalten in der Regel einen über ein Getriebe und eine ausfahrbare Stange mit dem Kragstück der gesteuerten Fläche verbundenen Elektromotor. Die Fernbetätigung derartiger Antriebe erfolgt aus der Pilotenkabine durch Umpolung des dem Umsteuermotor zugeführten Versorgungsstronis. Beim Schließen des Kontaktes im .Stromversorgungskreis kommt der Elektromotor in Gang. Dabei muß der PiIoI die Zeitdauer des an den Elektromotor zum Verschwenken der Steuerflächen um den erforderlichen Winkel gegebenen Strominipulses überwachen. Die Flugzeugsteuerung wird dadurch, naturgemäß erschwert.

Bei einer solchen Steuerung ist die Möglichkeit einer spontanen Bewegung der elektrischen Vorrichtungen in die Endstellung beim Festklemmen des Steuerknopfs bzw. Kurzschluß im Stromversorgungskreis des Elektromotors nicht ausgeschlossen. Unkontrolliertes Verstellen der Steuerflächen in die Endstellung in Kombination mit dem Überraschungsfaktor ist äußerst gefährlich und kann eine Notlage nicht nur bei Start und

ίο Landung, sondern auch im Horizontalflug herbeiführen.

Wiederholt wurden Versuche zur Entwicklung von

Antrieben mit Verriegelungen vorgenommen, die bei Störungen im Stromversorgungsnetz ein spontanes Verschwenken der Steuerflächen unmöglich machen würden.

Bekannt ist insbesondere ein Antrieb der Aggregate von Flugkörpern, der als Folgesystem ausgebildet ist, in dem eine Kompensation des Drehmomentes des Elektromotorläufers beim Ausfall eins seiner Steuerkreise vorgesehen ist (FR-PS 20 70 549).

Jedoch werden die Folgesysteme zum Antrieb von behelfsmäßigen Steuerflächen in den Flugkörpern praktisch nicht benutzt, da deren Servomotoren nur im Bereich der Läuferdrehwinkel von 0 bis 360° wirken, so daß sie in Kombination mit Getrieben nicht zum Einsatz gelangen können. Zugleich ist die Steigerung ihrer Leistung zur Erzeugung einer zum Verschwenken der Steuerfläche ausreichenden Kraft mit einer übermäßigen Dimensionierung verbunden und daher unrationell.

jo In der angegebenen Konstruktion sind bedeutende Abmessungen und hohe Leistungsaufnahme des Servomotors auch dadurch bedingt, daß das Drehmoment des Läufers beim Ausfall eines der Steuerstromkreise kompensiert werden muß.

Im Vergleich mit bekannten elektrischen Steuerschienen von Trimmklappen, Flügelklappen, Wendelleitflossen und ähnlichen aerodynamischen Flächen gewährleistet der elektromechanische Impulsantrieb nach der SU-PS 1 58 804 die größte Flugsicherheit.

Der angegebene Antrieb der Steuerflächen von Flugkörpern enthält einen Gleichstromumsteuermotor und ein mit seiner Welle verbundenes Getriebe, in dem die Drehbewegung der Welle in eine lineare bzw. drehende Bewegung des Abtriebsglieds umgewandelt wird, das mit dem Kragstück der Steuerfläche verbunden ist, sowie eine Stufenregelvorrichtung zum Verstellen des Abtriebsglieds des Getriebes, beispielsweise der Betätigungsstange. Die Stufenregelvorrichtung besitzt einen im Stromversorgungskreis des Elektromotors angeordneten Unterbrecher, der periodisch mit einem abgefederten Nocken zusammenwirkt, welcher über eine elektromagnetische Kupplung mit dem Getriebe kinematisch verbunden ist. Der Unterbrecher ist in Form eines Endschalters ausgeführt, der im Stromversorgungskreis der Läuferwicklung liegt und seitlich von der Neutralstellung des Nockens angeordnet ist.

Die Verwendung einer solchen elektromechanischen Impulsvorrichtung als Antrieb der Trimmklappe gestattet es, den ganzen Auslenkungsbereich in eine Reihe von Abschnitten oder Stufen einzuteilen. Sobald die Trimmklappe jede nächstfolgende Stufe erreicht, unterbricht der Nocken den Stromkreis der Motorläuferwicklung, und die Verschwenkung der Steuerfläehe hört auf. Die elektromagnetische Kupplung hält den ^K ifken in dieser Stellung so lange, bis der Pilot den gesamten Stromkreis des Antriebes stromlos macht, indem er den Kippschalter in die Ncutralstellung

zurückbringt Zum weiteren Verschwenken der Trimmklappe ist der Stromkreis des Antriebes von neuem zu schließen. Infolge einer derartigen Ausführung des Antriebes kann bei Störung der Isolation die Leitungen, Schließen der elektrischen Steuer- und Beieuchtungs-Stromkreise, Bruch bzw. Verkeilen der Steuerelemente usw. die Trimmklappe nur um eine Stufe (±1,5 bis 2°) verschwenkt werden, die eine solche Größe hat, daß die Kraft an den Steuerhebeln unbedeutend ansteigt und durch den Piloten leicht kompensiert werden kann. Die elektrische Vorrichtung des Antriebes wird dabei automatisch ausgeschaltet

Trotz dieser Vorteile hat der elektrische Impulsantrieb bedeutende Abmessungen und eine große Masse. Sein konstruktiver Aufbau ist sehr kompliziert

So ist beispielsweise zum Antrieb des Unterbrechernockens ein Umwandler erforderlich, der stets die gleiche Drehrichtung des Antriebs aufrechterhält, auch wenn sich die Drehrichtung des Elektromotors ändert

Der Umsteuerwandler zur Bewegungsumformung enthält drei Kegelzahnräder und eine Kupplung mit Linksdrehung und Rechtsdrehung, die, indem sie eine Nebenfunktion erfüllen, die Betriebssicherheit des Antriebs im ganzen vermindern.

Zum Ausschalten des Elektromotors in den Endstellungen ist im Antriebsschema ein Satz von auf einer Welle sitzenden Kurvenscheiben vorgesehen, die mit den Endschaltern im Stromversorgungskreis des Elektromotors zusammenwirken. Diese Einheit ist recht platzraubend und erfordert bei der Montage eine genaue Synchronisierung mit dem Nockenunterbrecbcr der Stufenregelvorrichtung.

Bekanntlich sind die Antriebe der Trimmklappen an den Flugkörpern in den Konstruktionen von verhältnismäßig dünnen Hauptsteuerflächen angeordnet, daher ist es wünschenswert, daß deren Abmessungen und Masse möglichst geringer sind.

Die Ausfallwahrscheinlichkeit der elektrischen und mechanischen Einrichtungen ist in der Regel der Anzahl von zugehörigen Einzelteilen und deren Verbindungen direkt proportional, weshalb aus eines beliebigen Steigerung der Kompliziertheit der konstruktiven Gestaltung in den meisten Fällen die Veiminderung der Betriebssicherheit resultiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der Steuerflächen von Flugkörpern, bei dem die Verstellung der Steuerflächen durch eine Stufenregelung erfolgt, so zu verbessern, daß für den Antrieb des Unterbrechernockens ein Umwandler, der die gleiche Drehrichtung des Nocken-Antriebs aufrechterhält, nicht erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beiderseits von der Mittelstellung des Nockens je ein Endschalter angeordnet ist, wobei jeweils ein Endschalter im Stromkreis einer der beiden Erregerwicklungen liegt, die den einander entgegengesetzten Drehrichtungen des Elektromotors zugeordnet sind.

Der Vorteil des vorgeschlagenen Antriebes liegt darin, daß er die Möglichkeit der Stufensteuerung der Steuerfläche gewährleistet, zugleich aber konstruktiv einfach gestaltet ist sowie £■·::·&··.: Abmessungen und Masse besitzt.

Die Vereinfachung der kinematischen Verbindung zwischen dem Elektromotor und dem Unterbrechernokken vermindert außerdem die Ausfallwahrscheinlichkeit der Vorrichtung, die in mechanischen und elektrischen Einrichtungen in der Regel der Anzahl von zugehörigen Einzelteilen und deren Verbindungen direkt proportional ist

Naturgemäß kann der Antrieb dank den geringen Abmessungen, in der Konstruktion einer beliebigen Hauptsteuerfläche leicht angebracht werden.

Es ist zweckmäßig, daß der Nocken in Form eines auf einer Welle angebrachten Hebeis ausgebildet ist, dessen Arm mit den Endschaltern zusammenwirkt, die derart angeordnet sind, daß ihre Druckelemente in der Drehungsebene des Hebels und zu diesem senkrecht zu liegen. Dadurch wird die Möglichkeit des Festklemmens der Drackelemente der Endschalter praktisch ausgeschlossen.

Zweckdienlich ist es auch, daß am Abtriebsglied des Getriebes Anschläge angebracht sind, die mit dem Hebel am Ende des Hubs der Stange zum Abschalten des Elektromotors betätigen. Dies gestattet, die Funktionen der Stufenregelvorrichtung und des Begrenzers der Endstellungen der Steuerfläche in einer Einheit zu vereinigen. Derartige Vereinigung ist dann möglich, wenn der Nocken ais Hebel ausgebildet ist.

Ferner ist es zweckmäßig, daß die Endschalter so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen ihnen eingestellt werden kann. Solch eine Anordnung der Endschalter gewährleistet die Möglichkeit zur Einstellung der Größe des Schritts oder der Stufe des Verschwenken der Steuerfläche.

Die Größe der Bewegungsstufe der Steuerfläche läßt sich ebenfalls einstellen, wenn der Nocken aus zwei Teilen besteht, die auf der selben Welle sitzen und in der Drehungsebene gegenseitig zueinander verstellbar sind.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläuert; es zeigt

F i g. 1 das Funktionsschema eines Antriebs der Steuerflächen eines Flugkörpers;

Fig.2 einen spreizbaren Nocken für den Unterbrecher einer Vorrichtung zur Stufenregelung des Antriebes der Steuerflächen eines Flugkörpers.

Der in Fig. 1 gezeigte Antrieb der Steuerflächen 20 eines Flugkörpers enthält einen Reihenschlußmotor 1, dessen eine Läuferwicklung 2 und zwei Erregerwicklungen 3 und 4 im Stromversorgungskreis liegen. Die Erregerwicklungen 3 und 4 sind mit dem Stromversorgungskreis über einen einpoligen Dreistellungsschalter 5 verbunden, der es gestattet, wahlweise eine von ihnen anzuschließen und den Elektromotor 1 auf diese Weise umzusteuern. Der erwähnte einpolige Schalter 5 hat drei Stellungen; Mittelstellung »a« und zwei äußere Stellungen »b« und »c«.

Der Antrieb besitzt eine elektromagnetische Bremse 6, deren Wicklung 7 über den einpoligen Schalter 5 parallel zum Elektromotor ί an den Stromversorgungskreis angeschlossen ist.

Der Kern 8 der Bremse 6 ist durch eine Spiralfeder 9 abgefedert und derart angeordnet, daß er mit der Welle 10 des Elektromotors 1 zusammenwirkt und sie mit dem Gehäuse Π des Antriebs bei der fortschreitenden Bewegung starr verbindet.

Die Wglle 10 des Elektromotors 1 ist über ein Zahnrad 12 mit der Eingangswelle 13 eines Getriebes 14 verbunden. Das Getriebe 14 besitzt ein Schraubenpaar

15 für Umwandlung der Drehbewegung des Zahnrades

16 in die lineare Bewegung eines Antriebsglieds 17, im gegebenen Fall einer Betätigungsstange 18. Die Betätigungsstange 18 des Getriebes 14 ist mit dem Kragstück 19 einer Steuerfläche 20 des Flugkörpers gelenkig verbunden.

Der Elektromotor 1 ist mit Hilfe der Zahnräder 12, 16

und 21 mit einer Vorrichtung 22 zur Stufenregelung des Versteilens des Abriebsglieds 17 kinematisch verbunden. Diese Stufenregelvorrichtung 22 enthält einen im Stromversorgungskreis des Elektromotors 1 liegenden Unterbreche r sowie einen mit diesem periodisch zusammenv. ,ι kenden Nocken 23, dessen Welle 24 über eine elektromagnetische Kupplung 25 mit der Welle 26 des Zahnrades 21 verbunden ist.

Der Unterbrecher ist in Form von zwei Öffnungsendschaltern 27 und 28 in den Stromversorgungskreisen der Läuferwicklungen 3 und 4 des Elektromotors 1 ausgeführt. Der Endschalter 27 ist also im Stromkreis zwischen dem einpoligen Schalter 5 und der Erregerwicklung 4 in Reihe geschaltet, während der Endschalter

28 entsprechend im Stromkreis zwischen dem einpoligen Schalter 5 und der Erregerwicklung 3 liegt. Die Endschalter 27 und 28 sind beiderseits der Mittel- oder Neutralstellung des Nockens 23 angeordnet. Der Nocken 23 besitzt ein Mittel zur Einstellung in die Neutralstellung bezüglich der Endschalter 27 und 28. Insbesondere ist er in der Neutralstellung durch Federn

29 und 30 arretiert.

Der angegebene Nocken 23 ist in Form eines auf der Welle 24 angebrachten Hebels 31 ausgebildet. Beiderseits des Hebels 31 sind die Endschalter 27 und 28 derart angeordnet, daß ihre Druckelemente 32 und 33 zum Hebel 31 senkrecht stehen und in der Ebene seiner Drehung auf der Welle 24 orientiert sind. Die Endschalter 27 und 28 sind so angeordnet, daß der Abstand zwischen ihnen z. B. mittels Schrauben 34 und

35 zur Änderung der Größe des Schritts der Stufenregelung geändert werden kann.

Am Abtriebsglied 17 des Getriebes 14 sind Anschläge

36 und 37 angebracht, die die äußeren Stellungen der Steuerfläche 20 des Flugkörpers bestimmen und mit dem Hebel 31 am Ende des Hubs zwecks Abschaltung des Elektromotors 1 in Kontakt kommen.

Die elektromagnetische Kupplung 25 besitzt zwei Wicklungen 38 und 39. die mit dem einpoligen Schalter 5 verbunden sind. Die Wicklung 38 ist an den Stromversorgungskreis der Erregerwicklung 4 vor dem Endschalter 27 des Unterbrechers parallel angeschlossen. Die Wicklung 39 ist an den Stromversorgungskreis der zweiten Erregerwicklung 3 des Elektromotors 1 auf ähnliche Weise angeschlossen.

Eine der Wicklungen 38 bzw. 39 steht immer unter Spannung, wenn der angegebene Schalter 5 sich in einer seiner Stellungen »b«bzw. »c« befindet.

Bei einer Modifizierung der Vorrichtung ist der Nocken 23 aus zwei auf der gleichen Welle 24 sitzenden und relativ zueinander in der Drehungsebene gegenseitig beweglichen Teilen 40 und 41 ausgebildet, wie dies aus F i g. 2 hervorgeht. Bei einer solchen Ausführung des Nockens 23 wird die Möglichkeit zur Änderung der Größe des Schritts der Stufenregelung ohne Lageänderung der Endschalter 27 und 28 aufrechterhalten.

Der Antrieb der Steuerflächen 20 eines Flugkörpers funktioniert folgendermaßen:

Beim Umlegen des einpoligen Schalters 5 aus der Neutralstellung » a« in die Stellung »b« (»Ausfahren«) wird die Stromspeisung über den Öffnungsendschalter 27 an die Erregerwicklung 4 und die Läuferwicklung 2 des Elektromotors 1 gegeben. Gleichzeitig gelangt über den gleichen Kreis die Spannung an die Wicklung 7 der elektromagnetischen Bremse 6 und die Wicklung 38 der elektromagnetischen Kupplung 25. Der Kern 8 der elektromagnetischen Bremse 6 führt eine lineare Bewegung aus und trennt, indem er den Widerstand der Feder 9 überwindet, die Welle 10 des Elektromotors 1 vom Antriebsgehäuse 11 ab. Dabei verbindet die elektromagnetische Kupplung 25 die Welle 26 des Zahnrads 21 mit der Welle 24 des Nockens 23. Der Elektromotor 1 versetzt das Zahnrad 12 und die mit diesem verbundene Eingangswelle 13 des Getriebes 14 in Drehbewegung. Das Schraubenpaar 15 des Getriebes 14 setzt die Drehbewegung der Antriebswelle 13 in eine Verstellbewegung des Abtriebsglieds 17 um, im gegebenen Fall in die lineare Bewegung der Betätigungsstange 18. Die Betätigungsstange 18 des Getriebes 14 wirkt bei ihrer Bewegung auf das Kragstück 19 der Steuerfläche 20 des Flugkörpers ein und verschwenkt diese bezüglich der Ausgangsstellung.

Zugleich wird die Drehbewegung über das Zahnrad 21 und die elektromagnetische Kupplung 25 an den Nocken 23 weitergeleitet, der sich aus der Neutralstel lung in Richtung des Endschalters 27 dreht. Sobald der Nocken 23 mit dem Druckelement 32 des Endschalters 27 in Berührung kommt, verschiebt er den letzteren und unterbricht auf diese Weise den Stromversorgungskreis des Elektromotors 1. Die Schwenkung der Steuerfläche 20 hört auf. Dabei wird die Zuführung der Stromspeisung an die Wicklung 7 der elektromagnetischen Bremse 6 unterbrochen. Der Kern 8 der elektromagnetischen Bremse 6 wird unter Einwirkung der Feder 9 verstellt, wirkt mit der Welle 10 des Elektromotors 1 zusammen und verbindet sie starr mit dem Antriebsgehäuse 11. Dadurch wird die mit der Welle 10 des Elektromotors 1 kinematisch verbundene Steuerfläche 20 auch in der um eine Stufe verschwenkten Stellung arretiert. Beim Abschalten des Elektromotors 1 bleibt die Wicklung 38 unter Spannung, und die elektromagnetische Kupplung 25 hält den Nocken 23 in der verdrehten Stellung so lange, bis der Bedienungsmann den Schalter 5 in die Neutralstellung »a« bringt.

Zum Verschwenken der Steuerfläche 20 um die nächstfolgende Stufe ist der Schalter 5 anfänglich in die Stellung »a« und darauf wieder in die Stellung »b« zu bringen. Beim Umlegen des Schalters 5 in die Stellung »a« wird der Stromversorgungskreis der Wicklung 38 der elektromagnetischen Kupplung 25 unterbrochen. Die elektromagnetische Kupplung 25 trennt die Welle 26 des Zahnrads 21 von der Welle 24 ab und unterbricht auf diese Weise die Verbindung zwischen dem Nocken 23 und der abgebremsten Welle 10 des Elektromotors 1. Die Federn 29 und 30 bringen den Nocken 23 in die Neutralstellung zurück, und der Endschalter 27 kommt wieder in den Ausgangszustand, bei dem er normal geschlossen ist. Bei der wiederholten Einstellung des Schalters 5 in die Stellung »b« für das weitere Verschwenken der Steuerfläche 20 wird der Antrieb wieder für eine Stufe wirksam, wie es vorstehend geschildert wurde.

Erreicht die Steuerfläche 20 bei dem weiteren stufenweisen Verschwenken ihre extreme Endstellung, dann wirkt der Anschlag 37 mit dem Hebel 31 zusammen und dreht diesen in Richtung des Endschal ters 27. Unter Einwirkung des Nockens 23 unterbricht

der Öffnungsendschalter 27 den Stromversorgungskreis der Erregerwicklung 4 des Elektromotors 1. Die Feder 9 verschiebt den Kern 8 der elektromagnetischen Bremse 6, die die Welle 10 und die mit dieser kinematisch verbundene Steuerfläche 20 in dieser Stellung arretiert

b5 Das Verschwenken der Steuerfläche 20 in entgegengesetzter Richtung erfolgt beim Einstellen des Schalters 5 in die Stellung »c«. Dabei gelangt die Stromspeisung über den Öffnungsendschalter 28 an die Erregerwick-

lung 3 des Elektromotors 1. Weiterhin funktioniert der Antrieb wie vorstehend beschrieben.

Die Größe der Stufe, d. h. die Größe dos Schwenkwinkels der Steuerfläche 20 beim einmaligen Einschalten des Schalters 5 in die Stellung >κι« bzw. »c« sowie die Anzahl der Stufen zwischen den Endstellungen hissen sich einstellen, indem der Abstand zwischen den Endschaltern 27 und 28 mit Hilfe der Schrauben 34 und 35 geändert wird. Beim Annähern der Endschalter 27 und 28 aneinander vermindert sich der zur Betätigung

des Endschalters 27 und 28 erforderliche Drehwinkel des Nockens 23. Es vermindert sich folglich auch der einer Stufe entsprechende Hub der Betätigungsstange 18 des Getriebes 14. und die Anzahl der Stufen zwischen den Endstellungen der Steuerfläche 20 nimmt zu.

Die Größe der Stufe läßt sich ähnlicherweise regeln, indem die beiden Teile 40 und 41 des Nockens 23 relativ zueinander verdreht werden, wie die strichpunktierten Linien in Fig. 2 zeigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Antrieb der Steuerflüchen von Flugkörpern, der einen Umsteuerelektromotor und ein mit seiner Welle verbundenes Getriebe, welches die Drehbewegung der Welle in eine lineare bzw. drehende Bewegung eines mit dem Kragstück der Steuerfläche verbundenen Abtriebsglieds umwandelt, sowie eine Stufenregelvorrichtung zum schrittweisen Verstellen des Abtriebsglieds des Getriebes enthält, die einen im Stromversorgungskreis der Läuferwicklungen des Elektromotors angeordneten Unterbrecher in Form eines Endschalters besitzt, welcher von einem federbelasteten, die Schrittgröße der Verstellbewegung bestimmenden Nocken betätigbar ist, der mit dem Getriebe über eine elektromagnetische Kupplung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits von der Mittelstellung des Nockens (23) je ein Endschalter (27, 28) angeordnet ist, wobei jeweils ein Endschalter (27,28) im Stromkreis einer der beiden Erregerwicklungen (3, 4) liegt, die den einander entgegengesetzten Drehrichtungen des Elektromotors (1) zugeordnet sind.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (23) in Form eines auf einer Welle (24) angebrachten Hebels (31) ausgeführt ist, dessen Arm mit den Endschaltern (27, 28) zusammenwirkt, die so angeordnet sind, daß deren Druckelemente (32 und 33) in der Drehungsebene des Hebels(31) senkrecht zu diesem liegen.

3. Antrieb nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Abtriebsglied (17) des Getriebes (14) Anschläge (36 und 37) angebracht sind, die mit dem Hebel (31) am Ende des Hubs des Abtriebsgliedes (17) zum Abschalten des Elektromotors(l)in Kontakt kommen.

4. Antrieb nach Ansprüchen 1. 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Endschaltern (27 und 28) einstellbar ist.

5. Antrieb nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (23) aus zwei Teilen (40 und 41) ausgeführt ist, die auf derselben Welle (24) angebracht und in der nrehungsebene relativ zueinander verstellbar sind.