DE2921228A1 - Zielsuchkopf fuer einen flugkoerper - Google Patents
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Description
PATENTANWÄLTE Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE - Dipl.-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST
BÖKENBUSCH41 - D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG
Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895
Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH, D-7770 Überlingen/Bodensee
Zielsuchkopf für einen Flugkörper
Die Erfindung betrifft einen Zielsuchkopf für einen Flugkörper, enthaltend: einen um eine Drallachse drehbar gelagerten
Kreiselrotor, der mit seiner Drallachse mit zwei Freiheitsgraden winkelbeweglich in dem Flugkörper gelagert ist, und eine
Zielfeldabtastvorrichtung mit einem auf dem Kreiselrotor angeordneten optischen System und einem zentralen, stillstehenden
Detektor.
Ein solcher Zielsuchkopf ist beispielsweise bekannt durch die DE-PS 1 406 578.
Bei dem bekannten Zielsuchkopf ist der Kreiselrotor allseitig winkelbeweglich und um seine Drallachse drehbar auf einem
zentralen Stützglied gelagert. Die Lagerung erfolgt beispielsweise mittels einer Kardanrahmenanordnung mit Kugellagern. Der
Kreiselrotor trägt eine Zielfeldabtastvorrichtung, die ein optisches System in Form einer gefalteten Spiegeloptik mit
einem ringförmigen Hohlspiegel und einem Planspiegel enthält. Ein im Unendlichen liegendes Gesichtsfeld wird durch den
Hohlspiegel über den Planspiegel in einer Bildebene abgebildet. In der Bildebene sitzt eine mit dem Kreiselrotor umlaufende
Modulationsscheibe (Recticle). Ein auf die Strahlung eines zu
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verfolgenden Ziels ansprechender Detektor ist auf dem zentralen Stützglied angeordnet und wird von der durch die Modulationsscheibe hindurchtretenden Strahlung beaufschlagt. Der
Kreiselrotor mit der Zielfeldabtastvorrichtung ist in der Spitze eines Flugkörpers angeordnet, welche durch einen
strahlungsdurchlässigen Dom abgeschlossen ist.
Bei dem bekannten Zielsuchkopf ist der Kreiselrotor radial magnetisiert und von einer Ringspule umgeben. Die Signale des
Detektors werden verstärkt auf die Ringspule gegeben und erzeugen Momente auf den radial magnetisierten Kreiselrotor,
durch welche die Drallachse des Kreiselrotors und damit die optische Achse der Zielfeldabtastvorrichtung auf ein Ziel
hinpräzediert und diesem Ziel ständig nachgeführt wird. Die der Ringspule zugeführten Signale beaufschlagen gleichzeitig das
Steuerungssystem des Flugkörpers.
Durch den Kreiselrotor wird die Zielfeldabtastvorrichtung von
Störbewegungen des Flugkörpers entkoppelt. Es erfolgt eine Ausrichtung der mit einem relativ engen Gesichtsfeld arbeitenden
Zielfeldabtastvorrichtung auf ein Ziel und eine ständige Nachführung nach dem Ziel. Die auf die Ringspule und das
Steuerungssystem gegebenen Signale sind proportional der Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie im Raum, wie das für eine
Proportionalnavigation erforderlich ist. Der Kreiselrotor wird z.B. durch Anblasen mit Druckgas auf seine Betriebsdrehzahl
gebracht und läuft dann während des Fluges des Flugkörpers frei aus.
Zielsuchköpfe dieser Art sind vorübergehend hohen Beschleunigungen
unterworfen und werden dann verriegelt und abgestützt, um die Beschleunigungskräfte abzuleiten. Die bekannten Konstruktionen
mit Kardangelenken und Kugellagern erfordern dabei sehr aufwendige Abstütz- und Entriegelungsvorrichtungen. Die Grenze
der Beschleunigungsfestigkeit ist dort erreicht, wo eine
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Abstützung aller Bauelemente und damit Ableitung der Kräfte nicht mehr möglich ist. Bei Kugellagern liegt die Grenze dort,
wo die Kugeln in die Laufflächen eingedrückt werden.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Zielsuchkopfes besteht
darin, daß die Kardanrahmenanordnung verhältnismäßig viel Raum beansprucht. Dadurch steht für den Detektor nur wenig Raum zur
Verfügung.
Die Kardanlager der Kardanrahmenanordnung haben eine nicht vernachlässigbare Reibung. Um bei dieser Reibung noch
ausreichende Stabilisierungseigenschaften des Kreiselrotors zu erzielen, ist ein relativ großes Trägheitsmoment und damit ein
relativ großes Gewicht des Kreiselrotors erforderlich. Dieses große Gewicht des Kreiselrotors erschwert wiederum die
Abstützung gegen hohe Beschleunigungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zielsuchkopf der eingangs definierten Art so auszubilden, daß eine
Abstützung des Kreiselrotors bei hohen Beschleunigungen erleichtert wird, für den Detektor mehr Raum zur Verfügung
steht und durch Verminderung der Reibung auch bei einem Kreiselrotor mit geringem Gewicht gute Stabilisierungseigenschaften erzielt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
(a) der Kreiselrotor eine konvex-kugelkalottenförmige Mantelfläche aufweist,
(b) diese Mantelfläche von einer im wesentlichen dazu konzentrischen flugkörperfesten, konkav-kugelkalottenförmigen
Lagerfläche unter Bildung eines engen Luftspalts umgeben ist und
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(c) in der Lagerfläche Druckgaskanäle münden, über welche Druckgas zur zentrierten, allseits frei drehbaren
Luftlagerung des Kreiselrotors in den Luftspalt einleitbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung entfällt die zentrale
Kardanrahmenanordnung, wodurch in der Mitte mehr Raum z.B. für den Detektor zur Verfügung steht. Die Lagerung erfolgt über ein
Gaslager, wodurch die Reibung vermindert wird. Es können somit
auch bei Verwendung eines kleineren und leichteren Kreiselrotors die geforderten Stabilisierungseigenschaften über die
gesamte Flugphase hinweg erzielt werden. Da sich die Kugelradien von Mantel- und Lagerfläche nur sehr wenig unterscheiden,
kommt der Kreiselrotor bei hohen Beschleunigungungen mit seiner Mantelfläche praktisch flächenhaft an der Lagerfläche zur
Anlage. Dadurch können die Beschleunigungskräfte über eine relativ große Anlagefläche abgeleitet werden, ohne daß
bleibende Verformungen auftreten. Zusätzliche Abstützmechanismen werden nicht benötigt.
Es ist bekannt, den Kreiselrotor eines freien Kreisels als Kugel auszubilden, die in einer hohlkugeligen Lagerfläche unter
Bildung eines engen Luftspalts angeordnet ist, wobei in diesen Luftspalt über Druckgaskanäle Druckgas einleitbar ist, welches
die Kugel zentriert zu der Lagerfläche hält. Die Kugel rotiert um eine Drallachse. Sie ist außerdem mit ihrer Drallachse
relativ zu der Lagerfläche frei winkelbeweglich (FR-PS 1 501 166) Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich nicht um einen
Zielsuchkopf sondern um einen Lagekreisel für Navigationszwecke, bei welchem die Lage der Drallachse als Referenzrichtung
abgegriffen wird.
Dabei ist die vollständig kugelförmige Ausbildung des Kreiselrotors ein wesentliches Merkmal. Es darf dort auch keine
Abstützung des Kreiselrotors auf der Lagerfläche bei hohen Beschleunigungen erfolgen.
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S' -
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die einen Längsschnitt durch die Spitze eines Flugkörpers mit
einem Zielsuchkopf zeigt.
Ein Flugkörper 10 weist an seiner Spitze einen für die ausgenutzte Strahlung, z.B. für infrarote Strahlung, durchlässigen
Dom 12 auf, hinter welchem ein Zielsuchkopf 14 angeordnet ist. Der Zielsuchkopf 14 enthält einen um eine
Drallachse 16 drehbar gelagerten Kreiselrotor 18, der mit
seiner Drallachse 16 mit zwei Freiheitsgraden winkelbeweglich
in dem Flugkörper 10 gelagert ist. In der Darstellung der Figur fällt die Drallachse 16 mit der Flugkörperlängsachse 20
zusammen. Weiterhin enthält der Zielsuchkopf 14 eine Zielfeldabtastvorrichtung
mit einem auf dem Kreiselrotor 18 angeordneten optischen System 22 und einem zentralen Detektor
24, der stillstehend auf einem Stützglied 26 angeordnet ist. Der Kreiselrotor 18 weist eine konvex-kugelkalottenförmige
Mantelfläche 28 auf. Diese Mantelfläche 28 ist von einer dazu konzentrischen, flugkörperfesten, konkav-kugelkalottenförmigen
Lagerfläche 30 unter Bildung eines engen Luftspaltes 32 umgeben. In der Lagerfläche 30 münden Druckgaskanäle 34,36 über
welche Druckgas zur zentrierten, allseits frei drehbaren Luftlagerung des Kreiselrotors in den Luftspalt einleitbar ist.
Der Kreiselrotor 18 ist ringförmig ausgebildet, und der
Detektor 24 ist innerhalb des zentralen Durchbruchs 38 des Kreiselrotors 18 stillstehend im Krümmungsmittelpunkt der
Lagerfläche 3O angeordnet.
Die Zielfeldabtastvorrichtung enthält das optische System 22 in
Form einer gefalteten Spiegeloptik mit einem ringförmigen Parabolspiegel 40 und einem Planspiegel 42, wobei ein im
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ünendlichen liegendes Gesichtsfeld durch den Parabolspiegel
über den Planspiegel 42 in der Ebene des Detektors 24 oder einer vor dem Detektor sitzenden Modulationsscheibe abgebildet
wird. Der Parabolspiegel 40 ist dabei von der zielseitigen Stirnfläche des massiven Kreiselrotors 18 gebildet.
Der Kreiselrotor 18 weist einen mit dem zentralen Durchbruch
versehenen, den Parabolspiegel 40 bildenden Mittelteil 44 von ringscheibenartiger Grundform und einen die konvex-kugelkalottenförmige
Mantelfläche 28 bildenden Außenteil 46 von hülsenartiger Grundform auf, der zu beiden Seiten axial über den
Mittelteil hinausragt. Die Druckgaskanäle münden in der Lagerfläche 30 in zwei Kränzen 34 und 36, die im wesentlichen
symmetrisch zu der Radialmittelebene 47 der Lagerfläche 30 angeordnet sind. Der Mittelteil 44 bildet auf der einen Seite
den Parabolspiegel 40, an den sich eine zylindrische Innenfläche 48 des Außenteils 46 anschließt. Auf der anderen Seite
bildet der Mittelteil 44, anschließend an den Durchbruch 38 eine kegelstumpfförmige Fläche 50, an welche sich eine
zylindrische Innenfläche 52 des Außenteils 46 anschließt. Die Abmessungen sind so gewählt, daß der Massemittelpunkt des
Kreiselrotors 18 einschließlich des Planspiegels 42 im Krümmungsmittelpunkt der konvex-kugelkalottenförmigen
Mantelfläche 28 liegt.
Durch den hülsenartigen Außenteil wird die Masse des Kreiselrotors
18 nach außen verlagert, so daß daß sich bei vorgegebener Gesamtmasse eine Erhöhung des Trägheitsmoments ergibt.
Auch ergibt sich eine relativ große Mantelfläche 28, über welche der Kreiselrotor 18 abgestützt wird. Der Durchmesser der
Innenfläche 52 ist etwas kleiner als der der Innenfläche 48, und die Fläche 50 erstreckt sich axial etwas weiter als der
Parabolspiegel 40, so daß die größere Masse des Kreiselrotors 18 auf der rückwärtigen Seite die Masse des zielseitig
angeordneten Planspiegels 42 und seiner Halterung kompensiert
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und der Masseschwerpunkt des Kreiselrotors 18 mit Planspiegel 42 im Krümmungsmittelpunkt der Mantelfläche 28 liegt.
Die Lagerfläche 30 ist in einer sich senkrecht zur Flugkörperachse
20 erstreckenden Zwischenwand 54 vorgesehen. Die Zwischenwand 54 enthält symmetrisch zu der Radialxnittelebene
um die Längsachse 20 herum ein Paar von Ringkanälen 56,58, die mit einem Druckgaszufuhrkanal 60 in Verbindung stehen. Die
Druckgaskanäle 34 und 36 sind von Radialbohrungen gebildet, welche sich von der Lagerfläche zu den Ringkanälen 56,58
erstrecken. Der Flugkörper 10 weist zielseitig von der Zwischenwand 54 den die Spitze des Flugkörpers 10 bildenden,
strahlungsdurchlässigen Dom 12 auf. Dieser bildet mit der Zwischenwand 54 eine Kammer 64. In der Zwischenwand 54 ist
wenigstens ein Längskanal 66 zum Abführen des Druckgases vorgesehen, welches aus den Druckgaskanälen 34 über den
Luftspalt 3 2 zwischen Mantelfläche 28 des Kreiselrotors 18 und Lagerfläche 30 in die Kammer 64 strömt, wie durch die Pfeile 68
angedeutet ist. Das Gehäuse des Flugkörpers 10 weist rückwärts von der Zwischenwand 54 seitliche Austrittsöffnungen 70 für das
Druckgas auf, welches durch den Längskanal 66 oder, wie durch die Pfeile 72 angedeutet ist, von den Druckgaskanälen 36 durch
den Luftspalt 32 zur rückwärtigen Seite der Zwischenwand 54 strömt.
Bei dem beschriebenen Zielsuchkopf erfolgt die Lagerung des Kreiselrotors 18 über ein Luftlager mittels der Lagerfläche 30.
Dieses Luftlager gestattet sowohl den reibungsarmen Umlauf des Kreiselrotors 18 um seine Drallachse 16 als auch die allseitige,
winkelmäßige Ausrichtung der Drallachse 16 auf das Ziel relativ
zu dem Flugkörper 10. Die Lagerfläche 30 dient gleichzeitig zur Abstützung des Kreiselrotors 18 bei hohen Beschleunigungen und
nicht-wirksamem Luftlager, wobei eine im wesentlichen flächenhafte Anlage des Kreiselrotors 18 an der Lagerfläche 30
erfolgt, so daß hohe Beschleunigungen ohne bleibende Verformung der Teile aufgenommen werden können.
Die Ausrichtung des Zielsuchkopfes 14 auf das Ziel kann in
bekannter Weise, z.B. nach Art der DE-PS 14 06 578, erfolgen.
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Claims (7)
1. Zielsuchkopf für einen Flugkörper, enthaltend:
einen um eine Drallachse drehbar gelagerten Kreiselrotor, der mit seiner Drallachse mit zwei Freiheitsgraden
winkelbeweglich in dem Flugkörper gelagert ist, und eine Zielfeldabtastvorrichtung mit einen auf dem Kreiselrotor
angeordneten optischen System und einem zentralen, stillstehenden Detektor,
dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Kreiselrotor (18) eine konvex-kugelkalottenförmige
Mantelfläche (28) aufweist,
(b) diese Mantelfläche (28) von einer im wesentlichen dazu konzentrischen flugkörperfesten, konkav-kugelkalottenförmigen
Lagerfläche (30) unter Bildung eines engen Luftspalts (32) umgeben ist und
(c) in der Lagerfläche (30) Druckgaskanäle (34,36) münden, über welche Druckgas zur zentrierten,
allseits frei drehbaren Luftlagerung des Kreiselrotors (18) in den Luftspalt (32) einleitbar ist.
2. Zielsuchkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
(d) der Kreiselrotor (18) ringförmig ausgebildet ist und
(e) ein Detektor (24) der Zielfeldabtastvorrichtung stillstehend im Krümmungsmittelpunkt der Lagerfläche
(30) angeordnet ist.
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3. Zielsuchkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
(f) die Zielfeldabtastvorrichtung ein optisches System (22) in Form einer gefalteten Spiegeloptik mit einem
ringförmigen Parabolspiegel (40) und einem Planspiegel (42) enthält, wobei ein im Unendlichen liegendes
Gesichtsfeld durch den Parabolspiegel (40) über den Planspiegel (42) in der Ebene des Detektors (24) oder
einer vor dem Detektor angeordneten Modulationsscheibe abgebildet wird, \χηά
(g) der Parabolspiegel (40) von der zielseitigen Stirnfläche des massiven Kreiselrotors (18) gebildet
ist.
4. Zielsuchkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
(h) der Kreiselrotor (18) einen mit einem zentralen Durchbruch (38) versehenen, den Parabolspiegel (40)
bildenden Mittelteil (44) von ringscheibenartiger Grundform und einen die konvex-kugelkalottenförmige
Mantelfläche (28) bildenden Außenteil (46) von hülsenartiger Grundform aufweist, der zu beiden
Seiten axial über den Mittelteil (44) hinausragt, und
(i) die Druckgaskanäle in der Lagerfläche (30) in zwei Kränzen (34,36) münden, die im wesentlichen
symmetrisch zu der Radialmittelebene (47) der Lagerfläche (30) angeordnet sind.
5. Zielsuchkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
(j) die Lagerfläche (30) in einer sich senkrecht zur Flugkörperlängsachse (20) erstreckenden Zwischenwand
(54) vorgesehen ist,
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(k) die Zwischenwand (54) im wesentlichen symmetrisch zu
der Radialmittelebene (47), um die Längsachse (20) herum ein Paar von Ringkanälen (56,58) enthält, die
mit einem Druckgaszufuhrkanal (60) in Verbindung stehen, und
(1) die Druckgaskanäle (34,36) von Radialbohrungen gebildet sind, welche sich von der Lagerfläche (30)
zu den Ringkanälen (56,58) erstrecken.
6. Zielsuchkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
(m) der Flugkörper (10) zielseitig von der Zwischenwand
(54) einen die Spitze des Flugkörpers (10) bildenden, strahlungsdurchlässigen Dom (12) aufweist,
(η) in der Zwischenwand (54) Längskanäle (66) zum Abführen des Druckgases vorgesehen sind, welches aus
den Druckgaskanälen (34,36) über den Luftspalt (32) zwischen Mantelfläche (28) des Kreiselrotors (18) und
Lagerfläche (30) in die von dem Dom (12) und der Zwischenwand (54) gebildete Kammer (64) strömt, und
(o) das Gehäuse des Flugkörpers (10) rückwärts von der
Zwischenwand (54) seitliche Austrittsöffnungen (70) für das Druckgas aufweist.
7. Zielsuchkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Massemittelpunkt des Kreiselrotors
(18) im Krümmungsmittelpunkt der konvex-kugelkalottenförmigen
Mantelfläche (28) liegt.
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Also Published As
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