DE3827590A1 - Flugkoerper - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flugkörper, mit
einem Rotorring, der mindestens ein verstellbares Ruder
aufweist, das durch die Relativverdrehung zwischen
Rotorring und Flugkörper betätigbar ist.
Ein derartiger Flugkörper kann je nach Stellung der an
ihm befestigten Ruder eine Rollbewegung um seine
Langsachse ausführen, wobei der Rotorring bei
entsprechendem Anstellwinkel seiner Ruder keine
Drehbewegung um seine Längsachse ausführt. Andererseits
kann der Flugkörper ohne Rollbewegungen seine Bahn
ziehen, während der Rotorring bei entsprechendem
Anstellwinkel seiner Ruder eine Drehbewegung um seine
Längsachse ausführen kann. In beiden Fällen erhält man
also eine Relativverdrehung zwischen dem Rotorring und
dem Flugkörper.
Aus der US-PS 31 11 088 ist ein Flugkörper bekannt, der
aus zwei Abschnitten besteht, wobei der vordere
Abschnitt einen Suchkopf aufweist und der hintere
Abschnitt mit einer Antriebsvorrichtung versehen ist.
Beide Abschnitte können in entgegengesetzten Richtungen
zueinander um die Längsachse rollen, wobei der hintere
Abschnitt mit einem elektromagnetischen Generator
versehen ist, der durch die Rollbewegungen des vorderen
Abschnitts bzw. die entgegengesetzten Rollbewegungen der
beiden Abschnitte zueinander betätigbar ist. Dem
Generator ist dabei eine magnetische Bremse zugeordnet,
um so die Rollbewegung des vorderen Abschnitts
unterbrechen zu konnen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die
Manövrierfähigkeit eines derartigen Flugkörpers weiter
zu erhöhen durch ein in der Betriebsart flexibles,
leicht zu bauendes Stellsystem.
Ausgehend von einem Flugkörper der eingangs näher
genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe
vorgeschlagen, daß zwischen Rotorring und Flugkörper
mindestens ein Motor angeordnet ist sowie eine
Steuervorrichtung vorgesehen ist, die den Motor als
Generator arbeiten läßt und die Ruderverstellung bewirkt.
Vorteilhafterweise weist der Rotorring zwei starr
miteinander verbundene Ruder auf, während der Flugkörper
zwei Motoren/Generatoren aufweist, die die beiden Ruder
verstellen.
Die Steuervorrichtung weist vorteilhafterweise einen
Meßkreis auf zur Feststellung des Anstellwinkels α des
Rotorruders, einen Meßkreis zur Feststellung des
Verdrehwinkels β zwischen Ruder und Flugkörper sowie
einen Meßkreis zur Feststellung des Winkels δ der
Ruderachse gegenüber einem raumfesten Koordinatensystem.
Der erfindungsgemäße Flugkörper weist den Vorteil eines
geringeren aerodynamischen Widerstandes, eines kleineren
Gewichtes sowie eines günstigeren konstruktiven
Aufwandes auf; ein sich ständiger drehender Flugkörper
hält die Motoren/Generatoren im optimalen
Drehzahlbereich, wodurch die maximale Leistung der
Motoren ausnutzbar ist; bei dem Kommando "Nicken" kann
die elektrische Bremsenergie des einen Motors für den
Antrieb des zweiten Motors ausgenutzt werden, wodurch
die Spitzenbelastung der elektrischen Batterie reduziert
wird und damit eine Gewichtseinsparung erzielt werden
kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert, in der mehrere vorteilhafte
Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Flugkörpers
mit sich ständig drehendem Rotorring;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Rotorrings und
zwei Motoren/Generatoren;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines
Flugkörpers mit feststehendem Rotorring und
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines
Ausführungsbeispiels für den Rotorring.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein
Flugkörper dargestellt, der einen vorderen Abschnitt 1
und einen hinteren Abschnitt 2 aufweist, die fest
miteinander verbunden sind. Zwischen diesen beiden
Abschnitten ist ein Rotorring 3 vorgesehen, der
mindestens ein paar verstellbare Ruder 4, 5 aufweist,
die im gewählten Ausführungsbeispiel verschränkt
zueinander angeordnet sind, so daß der Rotorring 3
ständig eine Drehbewegung um die Längsachse des
Flugkörpers ausführt.
Mit 6, 7 sind zwei Ruder für den Flugkörper bezeichnet,
die so angeordnet sein können, daß der Flugkörper eine
Rollbewegung um seine Längsachse ausführt, wobei, wie
durch die Pfeile angedeutet, die Drehbewegungen von
Rotorring und Flugkörper entgegengesetzt zueinander sind.
Erfindungsgemäß und gemäß einer vorteilhaften Ausführung
sind nun im Flugkörper zwei Motoren/Generatoren 9, 10
vorgesehen, die durch die relative Drehbewegung zwischen
Flugkörper und Rotorring betätigbar sind und die durch
eine elektrische Steuervorrichtung entweder als Motoren
oder als Generatoren schaltbar sind, wobei die zwei
Ruder fest miteinander verbunden sind.
Fig. 2 zeigt schematisch eine vergrößerte Darstellung
des Rotorrings 3 mit den beiden Motoren/Generatoren 9,
10, wobei mit 8 die Flugkörperlängsachse bezeichnet ist,
um die sich der Rotorring 3 dreht und mit α der
Anstellwinkel der Ruder 4, 5 des Rotorrings. Die
Motoren/Generatoren tragen ein mit ihrer Antriebswelle
fest verbundenes Zahnrad, das über eine Innenverzahnung
mit dem Verstellmechanismus für die Ruder um den
Winkel α im Eingriff steht. Der Rotorring dient als
Lagerung für die zwei Ruder und ist auf dem Flugkorper
zwischen 1 und 2 drehbar gelagert.
Ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung zur
Umschaltung der Motoren 9, 10 auf den Generatorbetrieb
und umgekehrt und damit zur Steuerung der Ruder, z. B.
zur Erzeugung einer geeigneten Querkraft in eine
definierte räumliche Richtung ist in Fig. 3 schematisch
dargestellt. In diesem Blockschaltbild ist mit 12 ein
Meßkreis zur Feststellung des Anstellwinkels a der Ruder
4, 5 des Rotorrings, mit 13 ein Meßkreis zur
Feststellung des Winkels β, d. h., des Verdrehwinkels
zwischen Ruder und Flugkörper, mit 14 ein Rollkreisel
und mit 15 ein Meßkreis zur Feststellung des Winkels δ
zwischen der Ruderachse und einem raumfesten
Koordinatensystem, d. h., der Erdoberfläche.
Der Meßkreis 12 stellt dabei den Versatz der
durchlaufenden Pole zwischen den beiden
Motoren/Generatoren 9, 10 fest und berechnet daraus den
Anstellwinkel α der Ruder des Rotorrings. Der Meßkreis
13 addiert die durchlaufenen Pole und berechnet daraus
den Verdrehwinkel β um die Flugkörperlängsachse. Aus
diesem Winkel β und dem Meßergebnis des Rollkreisels 14
kann durch den Meßkreis 15 der Winkel δ berechnet
werden, den die Ruderachse gegenüber der Erdoberfläche
einnimmt. Ein weiterer Meßkreis 21, der mit den
Motoren/Generatoren 9, 10 verbunden ist, ermittelt die
Drehgeschwindigkeit des Rotorrings um seine Längsachse,
z. B. durch Zählung der durchlaufenden Pole pro
Zeiteinheit. Ein Meßkreis 22 kann zur
Ladungsentsicherung vorgesehen sein und ist ebenfalls
mit den Motoren/Generatoren 9, 10 verbunden; nach Ablauf
z. B. einer vorgegebenen Anzahl von Polsprüngen kann die
mitgeführte Ladung des Flugkörpers entsichert werden.
Die vom Meßkreis 12 und vom Meßkreis 15 stammenden
Meßwerte dienen zur Erzeugung einer Querkraft auf den
Flugkörper in eine definierte räumliche Richtung; der
hierzu erforderliche Ist-Wert eines Schaltkreises 23
wird dabei mit dem Soll-Wert für die Querkraft auf den
Flugkörper in die geforderte räumliche Richtung einer
Steuerschaltung 24 verglichen und einer entsprechenden
Schaltung 25 fur die Motoren/Generatoren im
Leistungsteil zugeführt. Bei einem eintreffenden
Kommando "Querkraft" in eine bestimmte räumliche
Richtung wird z. B. 9 durch das Steuergerät S 11 in
Stellung G als Generator betrieben und über die
Steuerschaltung S 2 der andere Antrieb 10 als Motor. Die
Steuerschaltung S 2 teilt den Gesamtverbrauch zwischen
Verbraucher 11 und dem Motorverbrauch auf. Das
Steuergerät S 12 in Stellung M unterstützt, wenn
erforderlich, den Motorantrieb von der Batterie B her
über die Steuerschaltung S 3, die auch Einfluß auf den
Verbraucher 11 nehmen kann. Es ist weiterhin möglich,
daß beide Teile 9, 10 als Motoren arbeiten bzw. beide
als Generatoren arbeiten.
Wenn hohe Querkräfte kurzzeitig verlangt werden, ist die
Abbremsung eines der Generatoren bei Ausnutzung der
Tragheit des Rotorrings und zusätzlichen Rollantrieb
gemäß Fig. 1 des Flugkörpers von Vorteil.
Anstelle von nur zwei Motoren/Generatoren 9, 10 gemäß
Fig. 1 oder 2 ist es auch möglich, eine Vielzahl von
Motoren/Generatoren zu verwenden, die in beiden
Betriebsarten laufen können und die über parallel zum
Außenumfang angeordnete Achsen mit dem Ruderpaar
gekoppelt sein können, so daß eine Anpaßbarkeit an
unterschiedliche Ruderleistungen gegeben ist. Eine
Leistungserhöhung kann auch dadurch erfolgen, daß vier
Ruder mit zusätzlich zwei Motoren/Generatoren verwendet
werden.
Bei verschränkten Rudern 4, 5 des Rotorrings 3 ist auch
eine Rollstabilisierung in beliebiger Winkellage des
Flugkörpers um seine Rollachse möglich. Die ständig
verschränkten Ruder 4, 5 oder auch eine asymmetrische
Massenverteilung bewirken ein ständiges Antriebsmoment,
was eine Abbremsung, d. h., einen Generatorbetrieb der
Motoren/Generatoren 9, 10, z. B. bei der
Rollstabilisierung erzwingt; die hierbei gewonnene
Energie aus der Strömung kann zur Speisung weiterer
Verbraucher oder zum Antrieb eines Motors benutzt
werden, wenn eine Querkraft erzeugt werden soll, oder
aber das Drehmoment auf den Rotorring durch verringerte
Abbremsung, d. h., verringerten Generatorbetrieb,
beschleunigt wird, wenn die Querkrafterzeugung die
Drehzahl des Rotorrings reduziert.
Diese Art von Flugkorpersteuerung ist besonders flexibel
aufgrund einer Querkrafterzeugung und/oder einer
Rollmomenterzeugung im Motor- oder Generatorbetrieb; es
besteht freie Auswahl oder auch Kombination der
Energiequellen, d. h., elektrischer Batterie und
Luftanströmung, wobei auch noch der Vorteil erzielt
wird, daß die Energiequelle für weitere elektrische
Verbraucher zur Verfügung steht.
Fur die Querkraft- und Rollmomenterzeugung genügen zwei
Generatoren, wodurch der Aufbau nur unwesentlich
erschwert wird; die Generatoren und die zugehörigen
Getriebe arbeiten in einem Bereich mit hohem
Wirkungsgrad, bedingt durch den ständig sich drehenden
Rotorring, so daß keine Null-Durchgänge auftreten mit
den bekannten Nachteilen, wie Lose und Weichheit der
Übersetzung.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
führt der Flugkörper 1, 2 Rollbewegungen um seine
Langsachse aus, während der Rotorring 3 keine
Drehbewegung ausführt, d. h., in Gleitstellung steht, da
die Ruderachse parallel zum Horizont liegt. Auch hierbei
sind der vordere Abschnitt 1 und der hintere Abschnitt 2
des Flugkörpers wie insbesondere Fig. 5 erkennen läßt
jeweils mit einem Motor/Generator 9, 10 versehen, die
durch die relative Drehbewegung zwischen Flugkörper und
Rotorring betätigbar sind.
Das Ruder 4 kann dabei fest mit einer Ruderachse 16
verbunden sein, die auf der einen Seite den Rotorring in
einer als Lagerstelle dienenden Durchführung 18
durchsetzt und deren anderes Ende mit einer als Zahnrad
ausgebildeten Lagerstelle 17 und mit dem zweiten Ruder 5
fest verbunden ist. Die mit Außenverzahnungen versehenen
Lager 17, 18 können mit zwei parallel zueinander
angeordneten, ebenfalls mit Zahnrädern versehenen Bügeln
19, 20 zusammenwirken. Das in Fig. 5 dargestellte
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen
nach Fig. 2 im wesentlichen dadurch, daß die Konsole des
Ruderrings, d. h., der sich drehende, die Ruder 4, 5
tragende Bereich nur noch durch die Ruderachse 16
dargestellt wird. Die Bremsenergie des einen
Motor/Generators wird auch hier in Form von elektrischem
Strom direkt in den anderen Motor/Generator geleitet,
wenn eine Querkraft erzeugt werden soll.
Aufgrund der fehlenden Verschränkung zwischen den beiden
Rudern 4, 5 des Rotorrings 3 erhält man eine
Minimalisierung des aerodynamischen Ruderwiderstandes.
Der sich ständig drehende Flugkörper hält die
Motoren/Generatoren sowie die zugehörigen Getriebe im
optimalen Drehzahlbereich, so daß eine maximale Leistung
ausnutzbar ist.
Die hohe mögliche Drehzahl der Motoren/Generatoren 9, 10
reduziert deren Baugröße und damit ihr Gewicht, so daß
eine bessere Unterbringung bzw. die Unterbringung
mehrerer Motoren/Generatoren als nur deren zwei entlang
des Umfangs des Flugkörpers möglich ist.
Claims (12)
1. Flugkörper mir einem Rotorring, der mindestens ein
verstellbares Ruder aufweist, das durch durch die
Relativverdrehung zwischen Rotorring und Flugkorper
betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen Rotorring und Flugkörper mindestens ein
Motor angeordnet ist sowie eine Steuervorrichtung
vorgesehen ist, die den Motor als Generator
arbeiten läßt und die Ruderverstellung bewirkt.
2. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuervorrichtung ein Leistungsteil
aufweist, das aus mindestens einer Einheit
Motor/Generator mit Ruder und einem Steuergerät
besteht.
3. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuervorrichtung ein Leistungsteil
aufweist, das aus mindestens einer Einheit von zwei
getrieblich gekoppelten Motoren/Generatoren mit
Ruder und zwei Steuergeräten S 11, S 12 besteht.
4. Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Ruder fest
mit dem Ruder des Motors/Generators in Verbindung
ist.
5. Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine
Steuerschaltung S 2 im Generator-Verbraucherzweig
zur Aufteilung der Generatorleistung auf
Verbraucher und Motor vorgesehen ist.
6. Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß im Batteriezweig eine
Steuerschaltung S 3 zur Aufteilung der
Batterieleistung auf den Motor und den Verbraucher
vorgesehen ist.
7. Flugkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergeräte und
die Steuerschaltungen zum kontinuierlichen Arbeiten
transistorisiert sind.
8. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuervorrichtung einen Meßkreis aufweist
zur Stellung des Verdrehwinkels zwischen Ruder
und Flugkörper.
9. Flugkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuervorrichtung einen Meßkreis aufweist
zur Feststellung des Winkels δ der Ruderachse
gegenüber einem raumfesten Koordinatensystem.
10. Verfahren zur Feststellung des Anstellwinkels des
Ruders unter Verwendung eines Meßkreises nach
Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz
der durchlaufenden Pole der beiden
Motoren/Generatoren zueinander gemessen und daraus
der Anstellwinkel α berechnet wird.
11. Verfahren zur Feststellung des Verdrehwinkels β
zwischen Ruder und Flugkörper unter Verwendung
eines Meßkreises nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Addition der durchlaufenden
Pole eines der Motoren/Generatoren gemessen wird
und daraus der Winkel β berechnet wird.
12. Verfahren zur Feststellung des Winkels δ der
Ruderachse gegenüber einem raumfesten
Koordinatensystem unter Verwendung eines Meßkreises
nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Winkel δ aus dem Ist-Wert eines Rollkreisels und
dem Verdrehwinkel β zwischen Ruder und Flugkörper
berechnet wird.
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