DE3533994A1

DE3533994A1 - Leitwerk mit entfaltbaren fluegeln

Info

Publication number: DE3533994A1
Application number: DE19853533994
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 4000 Düsseldorf Böder
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1984-09-25
Filing date: 1985-09-24
Publication date: 1986-04-30
Anticipated expiration: 2005-09-25
Also published as: EP0232267A1; DE8428118U1; EP0232267B1; WO1986002154A1; US4699334A; ES296987Y; DE3569151D1; DE3533994C2; ES296987U

Description

Leitwerk mit entfaltbaren Flügeln
Die Erfindung betrifft ein Leitwerk mit entfaltbaren Flügeln für Geschosse und Flugkörper.
Ein Leitwerk der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 30 26 409 bekannt. Dieses Leitwerk umfaßt vorzugsweise ein aus flexiblem Tuchmaterial bestehendes Flügelelement, das doppelwandig ausgebildet ist und vermittels einer mehrere, z. T. teleskopartig ausgestaltete Streben umfassenden Haltevorrichtung ausklappbar ist. Die Haltevorrichtung besteht aus einer Vielzahl von Teilen, die innerhalb des Flugkörpers einen relativ großen Platz beanspruchen und somit einen erheblichen Totlastanteil darstellen. Zudem erfordert die Herstellung dieser Teile erhebliche Kosten. Schließlich entstehen Probleme bei der Auslegung der Haltevorrichtung für die beim Abschuß von Geschossen auftretenden hohen Beschleunigungswerte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leitwerk mit entfaltbaren Flügeln anzugeben, das aus wesentlich weniger Teilen aufgebaut und daher preiswerter herstellbar ist und nur einen geringen Platz im Volumen des Geschosses oder Flugkörpers einnimmt, das darüber hinaus jedoch robust konstruiert ist und somit auch höchsten Beschleunigungsbeanspruchungen beim Abschuß von Geschossen standhält.
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1: einen Querschnitt durch einen Teil des Flugkörpers nach Fig. 2 mit Blickrichtung auf die Seitenkanten eines Leitwerksflügels; Fig. 2: eine perspektivische und stark schematisierte Darstellung eines Flugkörpers mit einem entfaltbare Flügel umfassenden Leitwerk; Fig. 3: einen Querschnitt durch den Flugkörper im Bereich des Leitwerks mit eingefalteten Flügeln; Fig. 4: eine Detaildarstellung eines Flügels mit Blickrichtung gemäß Pfeil 3 aus Fig. 1; Fig. 5: eine Schnittdarstellung durch den Flügel gemäß Linie 5 - 5 nach Fig. 1.
Fig. 2 zeigt in schematisierter, perspektivischer Darstellung einen Flugkörper 10 mit einem im Heckbereich angeordneten, entfaltbare Flügel 11 umfassenden Leitwerk. Flugkörper dieser Art und auch Geschosse werden von Startgeräten oder aus großkalibrigen Rohrwaffen abgefeuert und sollen in großer Entfernung Punktziele mit möglichst hoher Präzision erreichen.
Zur Flugbahnstabilisierung und/oder Endphasenlenkung ist ein Leitwerk erforderlich, das aerodynamisch optimale Eigenschaften haben soll, dabei aber robust und platzsparend aufgebaut ist, um einerseits hohen Beschleunigungsbeanspruchungen zu widerstehen, die insbesondere beim Abschuß aus Rohrwaffen auftreten, und um andererseits möglichst wenig des für Nutzlasten vorgesehenen Volumens des Flugkörpers/Geschosses zu beanspruchen.
Fig. 1 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Querschnitt durch einen Teil des Flugkörpers 10 nach Fig. 2 mit Blick auf die Seitenkanten eines Flügels 11 des Leitwerks. Der Flügel 11 besteht aus zwei Flügelblättern, 12, 12a, die spitzenseitig miteinander verbunden, beispielsweise vernietet sind, und die wurzelseitig an getrennten, hinsichtlich ihres umfangsseitigen Abstands veränderbaren Lagern 17, 17a derart befestigt sind, daß die Flügelblätter 12, 12a im entfalteten Zustand des Flügels 11, der in Fig. 1 dargestellt ist, dachartig aufgestellt sind. Obgleich die Flügelblätter 12, 12a selbst aus einem elastischen und flexiblen Material, wie z. B. Federstahl, einer hochfesten Leichtmetalllegierung oder aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt sind, was ihre Einfaltung und Unterbringung im Volumen des Flugkörpers 10 erleichtert, bilden sie im entfalteten Zustand nach Fig. 1 eine sehr stabile Anordnung mit hervorragenden aerodynamischen Eigenschaften. Bei einem der Lager 17, 17a handelt es sich um ein gelenkiges Festlager 17a, während das andere Lager ein gelenkiges Gleitführungslager ist.
Der genaue Aufbau dieser Lager wird später unter Bezug auf weitere Figuren der Zeichnung (Fig. 4, Fig. 5) noch näher erläutert.
Diese Lageranordnung ermöglicht - wie im einzelnen aus Fig. 3 hervorgeht - eine abschußsichere und raumsparende Unterbringung des Flügels 11 im Umfangsbereich des Flugkörpers 10, indem nämlich die Flügelblätter 12, 12a im eingefalteten Zustand in Umfangsrichtung um den Heckteil des Flugkörpers 10 herumgewickelt werden. Dieses Prinzip ist an sich von herkömmlichen Wickelleitwerken bekannt.
Diese sind jedoch nur linienartig mit der Außenmantelfläche eines Geschosses oder Flugkörpers verbunden und weisen daher im ausgeklappten Zustand nicht die für Präzisionsanflüge erforderliche Stabilität auf. Im zusammengeklappten Zustand (Fig. 3) liegen die Flügelblätter 12, 12a eines jeden Flügels 11 dicht benachbart übereinander, was dadurch erreicht wird, daß das GleitfUhrungslager 17 parallel unmittelbar neben dem gelenkigen Festlager 17a eines jeden Flügels 11 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform können die Flügel 11, in Radialrichtung gesehen, auch vergleichweise lang und damit im Hinblick auf die aerodynamischen Erfordernisse optimal ausgeführt werden, da selbst diese langen Flügel noch raumsparend untergebracht werden können.
Gemäß Fig. 3 überdecken dabei die Flügelblätter eines Flügels 11 mindestens den Lagerbereich eines benachbarten Flügels. Im entfalteten Zustand nach Fig. 1 sind die Lager 17, 17a der Flügelblätter 12, 12a dagegen in Umfangsrichtung beabstandet voneiander angeordnet, so daß sich die dargestellte dachförmige Anordnung der Flügelblätter 13, 13a ergibt. Diese Position erreichen die Flügelblätter 13, 13a dadurch, daß das gelenkige Gleitführungslager 17 beim Entfalten des Flügels 11 in Umfangsrichtung vom Festlager 17a entfernt wird. Der Aufbau der Flügelwurzel und deren Befestigung im Bereich der Lager 17, 17a wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 4 und Fig. 5 näher erläutert.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht auf einen Teil des Flügelblatts 12a und den Mantel 16 des Flugkörpers 10 mit Blick aus Richtung des Pfeils 4 gemäß Fig. 1. In Fig. 4 sind nur Einzelheiten des gelenkigen Gleitführungslagers 17 dargestellt, während das gelenkige Festlager 17a, an dem das andere Flügelblatt 12 befestigt ist, nicht sichtbar ist.
Fig. 5 dagegen zeigt einen Schnitt durch den Flügel 11, entlang der Linie 5 - 5 gemäß Fig. 1 mit Blick auf Teile des Mantels 16 des Flugkörpers 10. In dieser Figur ist auch das gelenkige Festlager 17a noch zu erkennen. Jedes Lager 17, 17a umfaßt ein Scharnierteil 13, 13a, das um jeweils einen, im Mantel 16 des Flugkörpers 10 fest angeordneten bzw. gleitbeweglich gelagerten Zapfen 31, 31a, 31b drehbar gelagert ist. Jeder der Zapfen 31 besteht aus mindestens zwei Teilen 31a, 31b, um die Montage der Flügelblätte 12, 12a zu erleichtern. In den Scharnierteilen 13, 13a sind die Flügelblätter 12, 12a befestigt, wobei sich für die Befestigung vorzugsweise eine Vernietung oder Verklebung anbietet. Der gleitbeweglich gelagerte Zapfen 31 des gelenkigen Gleitführungslagers 17 (Fig. 4) kann in parallel angeordneten Gleitbahnen 15 zwischen zwei Endstellungen gleiten. In der ersten Endstellung - hierbei sind die Flügel 11 gemäß Fig. 3 eingefaltet - sind die Zapfen 31 beider Lager 17, 17a unmittelbar benachbart nebeneinander angeordnet. In der anderen Endstellung ist der Zapfen 31 des Gleitführungslagers 17 max. entfernt vom Zapfen 31 des gelenkigen Festlagers 17a angeordnet, was dem entfalteten Zustand des Flügels 11 gemäß Fig. 1 entspricht. Auf der Längsachse des gleitbeweglich gelagerten Zapfens 31 des Gleitführungslagers 17 liegen zwei in Längsrichtung des Zapfens 31 gleitbar gelagerte Arretierstifte 32, die durch Druckfedern 30 belastet nach Erreichen des Endes einer Gleitbahn 15 in eine dort angeordnete Vertiefung 15a einrasten und dadurch das Flügelblatt 12a sicher verriegeln.
Um die Stabilität der Flügelblätter 12, 12a im entfalteten Zustand des Flügels 11 zu vergrößern und gleichzeitig den Entfaltungsvorgang zu fördern, sind die Flügelbätter 12, 12a zweckmäßig in Richtung ihrer Längserstreckung gewölbt ausgebildet, so daß sie praktisch einen Teil eines Zylindermantels darstellen. Diese Wölbung kann den aus einem elastischen Werkstoff bestehenden Flügelblättern 12, 12a durch an sich bekannte Herstellungsverfahren, wie z. B. Walzen, aufgeprägt werden. Auf besonders einfache Weise kann die zweckmäßige Wölbung der Flügelblätter 12, 12a jedoch auch dadurch bewirkt werden, daß die Scharnierteile 13, 13a zur Befestigung der Flügelblätter 12, 12a einen Einspannschlitz aufweisen, der - entsprechend der gewünschten Wölbung - bogenförmig ausgebildet ist. Beim Einfalten der Flügel 11 wird die Wölbung der Flügelblätter 12, 12a zeitweilig flachgepreßt, so daß die Flügelblätter 12, 12a raumsparend eng übereinander zu liegen kommen. Die Flügelblätter 12, 12a tendieren jedoch dazu, die aufgeprägte Wölbung wieder einzunehmen, so daß dadurch der Entfaltungsvorgang gefördert wird.
Diese Wölbung verleiht den Flügelblättern 12, 12a eine hervorragende Knickstabilität bei Druckbeanspruchung und sichert somit die vorteilhaften aerodynamischen Eigenschaften des Leitwerks. Quer zur ersten Wölbung ist den Flügelblättrn 12, 12a beispielsweise durch Walzen noch eine zweite Wölbung aufgeprägt, die ebenfalls ihre Entfaltung und ihre Stabilität im entfalteten Zustand fördert. Diese Wölbung trägt auch dazu bei, daß im entfalteten Zustand die Flügelblätter 12, 12a noch derart vorgespannt sind, daß die gleitbeweglich gelagerten Zapfen 31, 31a, 31b federnd in ihre Endlage gedrückt und dort gehalten werden. Um ein möglichst raumsparendes Unterbringen der Flügelblätter 12, 12a im eingefalteten Zustand des Flügels 11 zu ermöglichen, läuft das Scharnierteil 13 des Fest lagers 17a nicht über die gesamte Breite des Flügelblatts 12, sondern läßt an beiden Seiten Platz für die im zusammengefalteten Zustand in Achsfluchtung liegenden zwei Teilscharniere des gelenkigen Gleitführungslagers 17. Damit sich bei der Zusammenfaltung des Flügels 11 die Flügelblätter 12, 12a im Bereich der Scharnierteile 13, 13a nicht behindern, enthält das mit dem Gleitführungslager 17 verbundene Flügelblatt 12a mittig eine fensterförmige Aussparung, während das mit dem gelenkigen Festlager 17 verbundene Flügelblatt 12 im Seitenbereich der Lagerstelle Ausnehmungen aufweist. Für bestimmte Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, wenn der Flugkörper 10 um seine Längsachse rotiert, also einen Drall aufweist.
Dieser Drall kann dem Flugkörper 10 auf einfache Weise dadurch verliehen werden, daß zumindest eines der Flügelblätter 12, 12a des Flügels 11 in Bezug auf die Längsachse des Flugkörpers 10 angestellt oder verwunden ist. Diese Anstellung wird zweckmäßig dadurch erreicht, daß die Gleitbahnen 15 unterschiedlich lang ausgebildet sind, so daß die Arretierstifte 32 mit unterschiedlichem Abstand vom Zapfen 31 einrasten und dadurch das mit ihnen verbundene Flügelblatt verbinden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit insgesamt vier Doppelflügeln auf dem Geschoßumfang existieren auch vier lose Achsen 17. Unter Umständen kann sich ein nicht synchrones Entfalten der Flügel einstellen, wodurch vorübergehend unkontrollierte Einseitigkeiten des Auftriebs und damit zusätzliche Störungen auf die Flugbahn bzw. Lage des Flugkörpers /einstellen.) Um dieses zu verhindern, werden zweckmäßig alle losen Achsen 17 bzw. deren zugehörige Flügelwurzeln mit vorgebogenen und/oder flexiblen Verbindungselementen miteinander verbunden, so daß die Verbindungselemente die kürzestmögliche Umfangsstreckung in einer Teilung besitzen, so daß also eine lose Schlaufenbildung vermieden ist. Dadurch wird erreicht, daß alle losen Achsen 17 synchron bewegt und die Flügel 12, 12a synchron geöffnet werden. Ein weiterer Vorteil dieses Ausführungsbeispiel ist, daß ein evtl. Festhalten einer Achse 17a infolge einer Funktionsstörung durch die von den den anderen Flügeln zugeordneten Achsen 17a bewirkte Schleppbewegung ausgeglichen wird, so daß sich auch der zunächst gestörte Flügel problemlos öffnet.
Die Verbindungselemente, die am besten gelenkig an den losen Achsen 17 oder zugehörigen Flügelwurzeln der Fügel 12a, 12 angreifen, bestehen entweder aus Blechbändern, die entsprechend der zylinrischen Oberfläche am Nutgrund für die Flügelaufnahme im eingefaltenen Zustand gebogen sind, oder aber aus Seilen oder Ketten, die zweckmäßigerweise zur Montagevereinfachung Nachspannelemente zur Verkürzung besitzen sollten.
In einer besonderen Ausführung läuft die Kette in der für das Loslager vorgesehenen Nut. In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als Verbindungselement für die Gleitführungslager 17 eine Kette 50 vorgesehen. Zwecks besserer Symmetriebedingungen ist es im allgemeinen zweckmäßig, eine Kette 50 auf beiden Seiten der Flügelblätter 12, 12a anzuordnen.

Claims

Patentansprüche 1. Leitwerk mit entfaltbaren Flügeln für Geschosse und Flugkörper, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß jeder Flügel (11) zwei Flügelblätter (12, 12a) umfaßt, die spitzenseitig miteinander verbunden und wurzelseitig an getrennten, hinsichtlich ihres umfangsseitigen Abstands veränderbaren Lagern (17, 17a) derart befestigt sind, daß die Flügelblätter (12, 12a) im entfalteten Zustand der Flügel (11) dachartig aufgestellt sind.
2. Leitwerk nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Lager (17, 17a) aus einem gelenkigen Festlager (17) und einem gelenkigen Gleitführungslager (17a) bestehen.
3. Leitwerk nach einem der Ansprüche 1 und 2, d a -d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß jedes Lager (17, 17a) ein Scharnierteil (13, 13a) umfaßt, das um jeweils einen im Mantel (16) des Flugkörpers (10) fest angeordneten bzw. gleitbeweglich gelagerten Zapfen (31, 31a, 31b) drehbar gelagert ist.
4. Leitwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jeder Zapfen (31, 31a, 31b) mindestens aus zwei Teilen (31a, 31b) besteht.
5. Leitwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf der Längsachse des gleitbeweglich gelagerten Zapfens (31) liegend zwei in Längsrichtung des Zapfens (31) gleitbar gelagerte Arretierstifte (32) vorgesehen sind, die, durch Druckfedern (30) belastet, nach Erreichen des Endes einer Gleitbahn (15) in eine dort angeordnete Vertiefung (15a) einrasten und dadurch das Flügelblatt (12a) verriegeln.
6. Leitwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Flügelblätter (12, 12a) mindestens um eine Achse gewölbt ausgebildet sind.
7. Leitwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Flügelblätter (12, 12a) mit den Scharnierteilen (13, 13a) verbunden, vorzugsweise vernietet sind, und daß die Wölbung der Flügelblätter (12, 12a) diesen durch eine entsprechende Formgebung des in den Scharnierteilen (13, 13a) fUr das Einspannen der Flügelblätter vorgesehenen Einspannschlitzes aufgeprägt ist.
8. Leitwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gleitbahnen (15) unterschiedlich lang ausgebildet sind, so daß die Arretierstifte (32) mit unterschiedlichem Abstand vom Zapfen (31) einrasten und dadurch das mit ihnen verbundene Flügelblatt (12a) verwinden.
9. Leitwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Flügelblätter (12, 12a) auch im entfalteten Zustand noch derart vorgespannt sind, daß die gleitbeweglich gelagerten Zapfen (31, 31a, 31b) durch Federkraft in Endlage gehalten werden.
10.Leitwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gleitführungslager (17) miteinander durch Verbindungselemente (50) verbunden sind.

ll.Leitwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Verbindungselement (50) eine Kette vorgesehen ist.