DE3403508A1 - Flugkoerper - Google Patents

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

Dynamit Nobel Aktiengesellschaft

5210 Troisdorf

PATENTANWÄLTE

Dr.-Ing. von Kreisler 11973
Dr.-Ing. K.W. Eishold ti981

Dr.-Ing. K. Schönwald Dr. J. F. Fues Dipl.-Chem. AIeIc von Kreisler Dipl.-Chem. Carola Keller Dipl.-Ing. G. Selting Dr. H.-K. Werner

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1 Sg-Fe

1. Februar 1984

Flugkörper

Die Erfindung betrifft einen Flugkörper mit einem am rückwärtigen Ende seines Rumpfes angeordneten Leitwerk, das während des Fluges seitlich abstehende stabilisierende Flossen aufweist, welche zusammen mit dem Rumpf
oder relativ zu diesem um die Rumpfachse rotieren.

Leitwerke von gelenkten und ungelenkten Flugkörpern sind mit mindestens drei, vorzugsweise vier, manchmal jedoch auch mehr als vier seitlich abstehenden Flossen ausgestattet. Die Flossen sind mit gleichen Winkelab-

ständen am Heck des Flugkörpers verteilt angeordnet, damit sich die stabilisierende Wirkung des Leitwerks möglichst wenig mit der Drehlage des Flugkörpers ändert. Um Asymmetrien auszugleichen, die z.B. durch eine ungleichmäßige Verteilung des Triebwerkschubes oder

durch ungleichmäßige Massenverteilung des Flugkörpers hervorgerufen werden können, ist es bekannt die Flug-

körper während des Fluges um ihre Längsachse rotieren zu lassen. Diese Rotation wird dadurch erreicht, daß die seitliche abstehenden Flossen geringfügig schräggestellt sind, so daß die an ihnen entlangstreichende Luft das Leitwerk und mit diesem den gesamten Flugkörper dreht. Zum Ausgleich dieser Unsymmetrien reichen in der Regel 2 bis 3 U/s aus. Die maximale Drehzahl wird gelegentlich auch höher gewählt, z.B. 16 U/s, u.a., weil es notwendig ist, über den gesamten Geschwindigkeitsbereich einer Rakete eine ausreichende Rotation zu gewährleisten.

Schließlich ist es bekannt, das Leitwerk an dem Rumpf des Flugkörpers um die Längsachse herum drehbar anzuordnen, wobei der Rumpf relativ zu dem Leitwerk rotiert.

Die Anbringung mehrerer Flossen an dem Flugkörper erfordert hohe Produktions- und Montagekosten. Infolge der hohen Anforderungen, die bezüglich Festigkeit, aerodynamischer Formgebung, Maßhaltigkeit u.dgl. an die Flossen gestellt werden, können die Flossen nicht nach Art billiger Massenprodukte hergestellt werden. Ihre Herstellung ist vielmehr wegen der erforderlichen hohen Qualität aufwendig und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flugkörper der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Fertigungskosten reduziert werden, ohne dabei die Flugkorperleistungen zu verschlechtern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß maximal zwei Flossen vorgesehen sind und daß die Rotationsgeschwindigkeit wesentlich größer ist als

die durch Rotationsunsymmetrie hervorgerufenen trägheitsbedingten Nick- oder Gierfrequenzen.

Der erfindungsgemäße Flugkörper weist anstelle der übliehen drei oder vier Flossen nur maximal zwei Flossen auf. Im Vergleich zu einem vierflossigen Leitwerk bedeutet dies, daß zwei einander gegenüberliegende Flossen entfernt und die verbleibenden Flossen entsprechend vergrößert sind. Die stabilisierende Wirkung des Leitwerks wird dadurch in der einen Richtung erhöht, in der dazu rechtwinkligen Richtung aber beseitigt. Durch Wahl einer geeigneten Drehgeschwindigkeit um die Symmetrieachse des Flugkörpers wird erreicht, daß der Flugkörper stabil fliegt, weil die Drehung so schnell ist, daß sich die Stabilitätswechsel flugmechanisch nicht bemerkbar machen können. Es bleibt eine mittlere Stabilität.

überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß ein Flugkörper mit weniger als drei Flossen die erforderliche Flugstabilität hat, obwohl in mindestens einer Achse keine Stabilisierung durch Flossen erfolgt. Voraussetzung ist, daß die Stabilitäts-Wechselfrequenz größer ist als die Nick- bzw. Gierfrequenz des Flugkörpers, daß der Flugkörper also um die Querachsen zu träge ist, um aerodynamisch und oder flugmechanisch auf die zeitliche Stabilitätsänderung zu reagieren. Praktische Versuche haben gezeigt, daß dieses Prinzip sehr gut funktioniert und das es dadurch möglich ist, zwei Flossen (oder mindestens eine Flosse) einzusparen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind genau zwei Flossen einander gegenüberliegend angeordnet. Diese Flossen sollten hinsichtlich ihrer Massenverteilung

untereinander gleich sein, so daß beim Drehen des Flugkörpers keine Unwucht entsteht. Die Flossen sind in einer gemeinsamen durch die Längsmittelachse des Flugkörpers hindurchgehenden Ebene angeordnet und bewirken eine Stabilisierung quer zu dieser Ebene. Da die Rotationsgeschwindigkeit dieser Ebene wesentlich größer ist als die von der Trägheit des Flugkörpers abhängige Frequenz der Instabilitäten, können die Instabilitäten nicht zu einer Kursänderung des Flugkörpers führen.
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Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des Flugkörpers,

Fig. 2 eine Ansicht des Leitwerks einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 3 eine Ansicht des Leitwerks aus Richtung des

Pfeiles III der Fig. 2.

Der in Fig. 1 dargestellte Flugkörper weist einen langgestreckten zylindrischen Rumpf 10 auf, der das Motorgehäuse bildet und an den sich vorne eine Ogive 10' anschließt. An das rückwärtige Ende des Rumpfes 10 schließt sich die Düse 12 an, deren Innenquerschnitt sich nach hinten vergrößert. Die Düse 12 ist von dem Leitwerk 11 umgeben, das ebenfalls an dem rückwärtigen Ende des Rumpfes 10 befestigt ist. Das Leitwerk 11 weist zwei nach entgegengesetzten Richtungen abstehende Flossen 13,14 auf, die auf Längsachsen 15 schwenkbar gelagert sind. Die vorderen Enden der Schwenkachsen 15 sind an dem Rumpf 10 befestigt und die rückwärtigen

Enden an einem die Düse 12 umgebenden Ring 21. Die Flossen 13 und 14 bestehen aus Segmenten, die durch Drehen um die Längsachsen 15 herum eingeklappt v/erden können. Sie bestehen aus je einem starren Bauteil (innen), auf das ein Federblech (außen) genietet ist, so daß die Flossen im eingeklappten Zustand nicht über die Kontur des Rumpfes 10 hinausragen. Dies ermöglicht den Start des Flugkörpers aus einem zylindrischen Werferrohr. Nach dem Verlassen des Werferrohres werden die Flossen 13,14 unter der Wirkung kombinierter Druck-/Drehfedern 16, die die jeweilige Längsachse 15 umgeben, seitlich ausgestellt und nach hinten arretiert. Im ausgefahrenen Zustand stehen die Flossen 13,14 gemäß Fig. 1 über die Kontur des Rumpfes 10 nach entgegengesetzten Richtungen ab. Beide Flossen 13,14 sind um 180° gegeneinander versetzt. Die Flossen sind zur Längsrichtung des Flugkörpers 10 in bekannter Weise um einen kleinen Winkel (Einstellwinkel) schräggestellt, so daß der Flugkörper bei seinem Flug eine Drehung um seine Längsachse ausführt. Die Drehzahl hängt von der Massenträgheit und der Größe der auftretenden Instabilitäten ab. Sie liegt vorzugsweise in einem Bereich von 15 bis 30 Hz.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fign. 2 und 3 sind die beiden Flossen 13 und 14 in bekannter Weise entsprechend der Umfangskrümmung des Rumpfes gekrümmt, so daß sie sich im eingefahrenen Zustand (im Werferrohr) an die Kontur des Rumpfes anpassen.

Jede der Flossen 13,14 ist über eine Achse 17 mit einem Lenker 18 verbunden, dessen anderes Ende an einer Längsachse 15 angelenkt ist. Die Lenker 18 sind durch die auf den Längsachsen 15 sitzenden Drehfedern 16 so

vorgespannt, daß sie nach dem Verlassen des Werferrohrs annähernd radial abstehen, wobei die Flossen 13,14 durch die auf den Achsen 17 sitzenden Drehfedern 19 bis zu einem (nicht dargestellten) Anschlag geschwenkt und arretiert werden. Während des Fluges nehmen die Flossen 13,14 den in den Fign. 2 und 3 dargestellten Zustand an, wobei - bei der in Fig. 3 gezeigten horizontalen Ausrichtung des Flugkörpers - die eine Flosse 13 nach unten und die andere Flosse 14 nach oben gewölbt ist. Infolge des Einstellwinkels der Flossen rotiert der Flugkörper in Richtung des Pfeiles 20 in Fig. 3 um seine Längsachse.

Je nach der Konfiguration des Flugkörperheckbereiches und den Stabilitätsanforderungen an das zweiflossige Leitwerk können Flossen 14 und Lenker 18 eine Einheit bilden, so daß die Achsen 17 und die Drehfedern 19 entfallen können. Dadurch müssen entweder - bei einer starren Ausführung - die teilzylindrischen Segmente 13 und 14 verkleinert oder die Krümmung der Segmente vergrößert werden.

Claims (4)

ANSPRÜCHE

1. Flugkörper mit einem am rückwärtigen Ende seines Rumpfes angeordneten Leitwerk, das während des Fluges seitlich abstehende stabilisierende Flossen aufweist, welche zusammen mit dem Rumpf oder relativ zu diesem um die Rumpfachse rotieren,
dadurch gekennzeichnet,

daß maximal zwei Flossen (13,14) vorgesehen sind und daß die Rotationsgeschwindigkeit wesentlich größer ist als die durch Rotationsunsymmetrie hervorgerufenen trägheitsbedingten Nick- oder Gierfrequenzen.

2. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß genau zwei Flossen (13,14) einander gegenüber angeordnet sind.

3. Flugkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flossen (13,14) zur Erzeugung einer gemeinsamen Drehung von Rumpf (10) und Leitwerk (11) in bezug auf die Flugrichtung schräg eingestellt sind.

4. Flugkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flossen (13,14) relativ zu dem Rumpf (10) ausschwenkbar sind.