DE1109534B - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung und Stabilisierung von Flugkoerpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine darauf beruhende Vorrichtung zum Steuern und Stabilisieren der Bewegungen eines Flugkörpers im Raum.

Bei einigen bekannten Flugkörpern wird die erforderliche Stabilisierung um die Körperlängsachse vornehmlich mit Kreiselgeräten hergestellt. Diese Kreiselgeräte üben die gleiche Wirkung wie von einer flugkörperfremden Leitstelle kommende Steuerkommandos auf die Steuerorgane aus, die z. B. aus senkrecht in den Luftstrom hineingeführten, in den Flügeln angeordneten Staublechen, sogenannten Spoilern, bestehen. Die Betätigung der Spoiler durch die Steuer- und Stabilisierungsmittel wird bei einem bekannten Verfahren in der Weise durchgeführt, daß getrennt voneinander angeordnete Spoiler zur Steuerung und Spoiler zur Stabilisierung angebracht sind, die den Nachteil hohen Aufwandes und Gewichtes sowie großer Störanfälligkeit, hohen Bedarfs an elektrischer Energie und hohen Luftwiderstandes haben.

Bei einem anderen bekannten Prinzip werden insgesamt vier Spoiler eingesetzt, von denen drei durch das Steuerkommando, der vierte durch den Kreisel gesteuert werden. Flugkörper, deren Bewegung auf diese Weise gesteuert und stabilisiert wird, haben infolge der sich aus diesem bekannten Prinzip ergebenden periodischen Kommando-Unsymmetrien stets Schwankungen in ihrer Flugbahn.

Der Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Fernlenkeinrichtung, die alle Nachteile der bekannten Steuerverfahren vermeidet. Erfindungsgemäß kennzeichnen sich das Verfahren und die Vorrichtung zur Steuerung und Stabilisierung von Flug- oder Schwimmkörpern durch eine Überlagerung der Steuerkommandos beider Einrichtungen — Fernlenkung und Stabilisierung —, so daß das einzelne Steuerorgan (Spoiler) auf die Kommandos der Leitstelle als auch auf die der bordeigenen Stabilisierungseinrichtung reagiert. Es können also entweder alle Steuerorgane auf die Kommandos sowohl der Leitstelle als auch der Stabilisierungseinrichtung reagieren, oder es folgen nur einige (vorzugsweise die Steuerorgane einer Ebene) den von den beiden genannten Einrichtungen gegebenen Kommandos, während die übrigen Steuerorgane allein auf die Steuerkommandos der Leitstelle reagieren.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Fernlenkung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine elektrische Schaltung der Betätigungsmittel der Steuerorgane (Spoiler),

Fig. 2 bis 4 schematische Darstellung verschiedener Spoileranordnungen,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der flugkörper-Verf ahren und Vorrichtung

zur Steuerung und Stabilisierung

von Flugkörpern

Anmelder:

Bölkow-Entwicklungen
Kommanditgesellschaft,
Ottobrunn bei München

Horst Senger, Ottobrunn bei München,
und Joachim Hermann, München,
sind als Erfinder genannt worden

festen Achsen und der Richtungen für die Verschiebung der Spoiler,

Fig. 6 eine schaubildliche Darstellung des Flugkörpers und

Fig. 7 eine schematische Darstellung der Kreiselstabilisierungseinrichtung.

Der Flugkörper 1 (Fig. 6) ist mit vier senkrecht aufeinanderstehenden Flügeln 41, 42, 43 und 44 ausgestattet. Am hinteren Ende eines jeden dieser Flügel ist je ein senkrecht zur Flügelfläche verschiebbares Spoilerblech mit den Teilflächen 31-32, 33-34, 35-36 und 37-38 vorgesehen, das in der Normalstellung mit seinen Längsrändern zu beiden Seiten aus dem Flügel herausragt. Die Bezugszeichen 51-52, 53-54, 55-56 und 57-58 (Fig. 5) zeigen die Richtung an, in der das jeweilige Steuerblech verschoben werden muß, um den entsprechenden Spoilerblechteil 31 bis 38 wirksam werden zu lassen. Um die Spoilerbleche in einer der Richtungen 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 und 58 zu verschieben, sind im Flugkörper elektromagnetische Spulen 11 bzw. 12, 13, 14, 15, 16, 17 und 18 (Fig. 1) vorgesehen, die bei Erregung durch einen elektrischen Strom die jeweilige Verschiebung des entsprechenden Spoilerbleches verursachen.

Ein Relais 5 (Fig. 1) wird von einem Impulserzeuger in einer außerhalb des Flugkörpers 1 liegenden Leitstelle 2, über eine Drahtleitung 5', mit Impulsen konstanter Frequenz für die Steuerung um eine unter 45° zur Hochachse A geneigten Achse C (Fig. 5), die gleichzeitig die Achse der Flügel 41 und 42 bildet, gespeist. Das Relais 5 schaltet über Schalter 7

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und 8 die Spoilerspulen 11 und 14 sowie 12 und 13 jeweils abwechselnd an den einen Pol einer im Flugkörper vorgesehenen Stromquelle 26, deren zweiter Pol über einen Unterbrecherkontakt 25 mit den anderen Enden der obengenannten Spoilerspulen verbunden ist. Die Spoilerbleche 31, 32 und 33, 34 der Flügel 41 bzw. 42 wurden daher wechselseitig ausschlagen, wenn nicht der Unterbrecherkontakt 25 diese Ausschläge zum Teil verhindern würde. Ein Relais 6 (Fig. 1), das Impulse konstanter Frequenz zur Steuerung der durch die Flügel 43 und 44 verlaufenden Achse C" über eine Drahtleitung 6' bekommt, schaltet über Schalter 9 und 10 die Spoilerspulen 15 und 18 sowie 16 und 17 abwechselnd an den einen Pol der Stromquelle 26, deren anderer Pol hier ebenfalls über den Unterbrecherkontakt 25 mit den anderen Enden dieser Spulen verbunden ist, so daß die Spoilerbleche 35, 36 und 37, 38 der Flügel 43 bzw. 44 wechselseitig ausschlagen. Diese wechselseitige Spoilerbewegung erfolgt mit der vorzugsweise gleichen Frequenz der Bewegung der Relais 5 und 6. Zu diesem Zweck haben die über die Drahtleitungen 5' und 6' den Relais 5 und 6 zugeführten Impulsfolgen die gleiche Frequenz. Die Phasenlage und die Dauer der einzelnen Impulse können jedoch in den verschiedenen Leitungen 5' und 6' völlig unabhängig voneinander geregelt werden.

Für den Geradeausflug werden Steuerimpulse so gegeben, daß die Schalter 7 bis 10 regelmäßig nach gleichen Intervallen umgeschaltet werden. Soll ein Drehmoment um die Querachse B für eine Bewegungsänderung nach oben erzeugt werden, dann werden die auf das Relais über die Drahtleitung 5' kommenden Impulse so verändert, daß bei gleicher Frequenz und Amplitude die Schalter 7 und 8 die Spulen 11 und 14 langer einschalten als die Spulen 12 und 13. Dadurch schlagen die Spoilerbleche 31, 32 und 33, 34 länger in den Richtungen 51 und 54 als in den Richtungen 52 und 53 aus. Durch entsprechende Impulse auf das Relais 6 wird erreicht, daß die Spoilerbleche 35, 36 und 37, 38 in den Richtungen 56 und 57 länger ausschlagen als in den Richtungen 55 und 58. Es bleiben also die nach oben steuernden Spoilerblechteile bei jedem Wechsel langer ausgeschlagen als die nach unten steuernden. Die zeitliche Differenz bewirkt die Bewegungsänderung und kann so groß werden, daß die Spoilerbleche für äußerste Bewegungsänderungen in der einen Richtung stehenbleiben. Auf analoge Weise wird die Steuerung nach einer anderen Seite bewirkt.

Der Unterbrecherkontakt 25 bildet einen Teil einer in Fig. 7 dargestellten Stabilisierungseinrichtung, die aus einem Kreisel 71 besteht, der um eine Achse 72 drehbar in einem Rahmen 73 gelagert ist. Dieser Rahmen ist um eine zur Achse 72 senkrechte und parallel zur Flugkörperiängsachse D verlaufende Achse 74 schwenkbar. Am Rahmen 73 ist ein Schleifkontakt 75 angeordnet, der auf Kontaktbahnen 23 und 24 gleitet, die über Leitungen 21 und 22 mit den Spoilerspulen 11, 13, 15, 17 bzw. 12, 14, 16, 18 verbunden sind. Der Schleifkontakt 75 und die Kontaktbahnen 23 und 24 bilden also die verschiedenen Elektroden des Unterbrecherkontaktes 25.

Führt der Flugkörper eine Drehung um die Längsachse aus der Normallage nach links aus, so bewegt sich der Schleifkontakt 75 auf die Kontaktbahn 24· (Fig. 1), so daß die Leitung 21 und dabei die Spoilerspulen 11, 13, 15, 17 stromlos werden. Die Spoilerspulen 12 und 14 sowie 16 und 18 bekommen dann über die Leitung 22 entsprechend den schwingenden Relais wechselnde Stromimpulse, so daß die Spoilerbleche in den Richtungen 52 und 54 bzw. 56 und 58 jeweils wechselnd ausschlagen. In Fig. 2 sind diejenigen Spoilerblechstellungen ausgezogen gezeichnet, die den in Fig. 1 dargestellten Stellungen der Relais 5 und 6 entsprechen. Diejenigen Spoilerblechstellungen, die den jeweils zweiten Stellungen der Relais 5 und 6 entsprechen, sind gestrichelt dargestellt. Die Gesamtdauer der beiden Relaisstellungen ist gleich der Periode (Schwingungsdauer) der Relaisfrequenz. Alle vier Spoilerbleche erzeugen das gleiche rückführende, also korrigierende Rollmoment, das den Flugkörper in die Normallage mit waagerechter Querachse/? zurückbringt. Der Flugkörper wird sich infolge seiner kinetischen Drehenergie über die Nullage hinaus bewegen, so daß der Schleifkontakt 75 auf die Kontaktbahn 23 hinübergleitet. Über die Leitung 21 werden jetzt die entgegengesetzt wirkenden Spoilerspulen an die Stromquelle 26 angeschlossen, so daß die Spoiler entsprechend Fig. 2 a ausschlagen und dem Flugkörper ein Rollmoment in der umgekehrten Richtung erteilen. Der Flugkörper führt also eine dauernd wechselseitige Rollbewegung von einigen Winkelgraden um seine Normallage aus, wodurch aber die Flugrichtung nicht beeinflußt wird. Die Amplitude dieser Rollschwingung kann dadurch vermindert werden, daß zwischen den Schleifkontakt 75 und die Kontaktbahnen 23, 24 ein an sich bekanntes Vorlaufelement geschaltet wird. Dadurch wird bereits vor dem Durchgang durch die Normallage dem Flugkörper ein entgegengesetztes Rollmoment erteilt und der Ausschlag in der anderen Richtung gedämpft.

Die Überlagerung der Rollstabilisierung mit der Steuerung geschieht in der Weise, daß nur die von dem Unterbrecherkontakt 25 eingeschalteten Spoilerspulen mittels der Relais 5 und 6 an die Stromquelle 26 angeschlossen und dadurch durch die über die Leitungen 5' und 6' zugeführten Impulse von der Leitstelle 2 der Fernsteuerung gesteuert werden können. Die Spoilerbleche führen damit von der Oszillationsbewegung nur die von dem Unterbrecherkontakt 25 zugelassene Bewegung in einer Richtung aus.

In der Zeit, in der die regelmäßigen Spoilerausschläge ein Rollmoment in der entgegengesetzten Rollrichtung verursachen würden, bleiben die jeweiligen Spoilerbleche in der Nullage. Es sind damit gleichzeitig jeweils zwei Spoilerbleche in Nullage und zwei Spoilerbleche in einer Richtung ausgeschlagen. Beide Spoilerpaare schlagen wechselseitig für jeweils gleiche Rollrichtungen aus, wobei die Steuerung durch die verschiedene Dauer der Ausschläge bewirkt wird. Je größer das Steuerkommando ist, um so mehr unterscheidet sich die Dauer der Ausschläge.

Bei einem Hochkommando, das ein Steigen des Flugkörpers bewirken soll und bei gleichzeitiger Einstellung der Stabilisierungseinrichtung für eine Korrektionsrollbewegung nach rechts werden (Fig. 3) die Spoilerbleche 33, 34 und 35, 36 in den Richtungen 54 und 56 (Fig. 5) zeitlich langer ausgeschlagen als die punktiert dargestellten, in den Richtungen 52 und 58 ausgeschlagenen Spoilerbleche 31, 32 und 37, 38. Bei der nachfolgenden, nicht dargestellten Linksrollkorrektur mit gleichzeitigem Hochkommando schlagen alle Spoiler in umgekehrter Richtung aus, und zwar bleiben die Spoilerbleche 31, 32 und 37, 38 in

den Richtungen 51 und 57 länger ausgeschlagen als die Spoilerbleche 35, 36 und 33, 34 in den Richtungen 55 und 53 (Fig. 2 und 2 a). Bei einer Rechtskurve (Rechtskommando) und Rechtsrollen werden (Fig. 4) die Spoilerbleche 33, 34 und 37, 38 in den Richtungen 54 und 58 langer ausgeschlagen als die in den Richtungen 56 und 52 ausgeschlagenen und in Fig. 4 punktiert dargestellten Spoilerbleche 35, 36 und 31, 32. Ebenso wie in diesen dargestellten Beispielen werden alle Steuerbewegungen durch abwechselndes, verschieden lange dauerndes Ausschlagen von zwei Spoilerpaaren erzeugt, wobei der Unterschied in der Dauer des Ausschiagens das Maß für die zu erzeugende Steuerkraft ist.

Für äußerste Bewegungsänderungen bleibt ein Spoilerpaar in der Endlage, während das andere nicht ausschlägt. Für äußerstes Hoch- oder Rechtskommando werden also während des Rechtsrollens die in Fig. 3 bzw. 4 punktiert gezeichneten Spoiler überhaupt nicht ausgeschlagen, während die ausgezogen dargestellten Spoiler in der ausgeschlagenen Stellung stehenbleiben.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Steuerung und Stabilisierung von Flug- oder Schwimmkörpern, wobei die Steuerkommandos von einer außerhalb des Körpers befindlichen Leitstelle und von einer bordeigenen Stabilisierungseinrichtung auf die Betätigungsmittel der Steuerungsorgane übertragen werden, gekennzeichnet durch eine Überlagerung der Steuerkommandos beider Einrichtungen — Fernlenkung und Stabilisierung —, so daß das einzelne Steuerorgan (Spoiler 31-32, 33-34, 35-36 und 37-38) sowohl auf die Kommandos der Leitstelle als auch auf die der Stabilisierungseinrichtung anspricht.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahr rens nach Anspruch 1, insbesondere für Flugkörper mit Kreuzflügeln oder Kreuzleitwerk, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Flügel (41 bis 44) oder an jeder Flosse nur ein Steuerorgan (Spoiler 31 bis 38) angebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Betätigungsmittel (11 bis 18) aller Spoiler sowohl mit der Leitstelle (2) als auch mit der Stabilisierungseinrichtung in Wirkungsverbindung stehen.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel der Steuerorgane (31-32, 33-34) einer Ebene (C) sowohl mit der Leitstelle als auch mit der Stabilisierungseinrichtung in Wirkungsverbindung stehen, während die Steuerungsorgane (35-36, 37-38) der dazu senkrechten Ebene (C) nur mit der Leitstelle in Verbindung stehen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitstelle (2) mindestens ein Impulserzeuger gleichbleibender Frequenz, aber steuerbarer Dauer, vorgesehen ist, der über Leitungen (5', 6') mit mindestens einem die Betätigungsmittel (11 bis 18) für die Spoiler betätigenden Relais (5, 6) oder Transistor verbunden ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Steuerkommandos über ein elektrisches Schaltsystem erfolgt, wobei zur Betätigung der Spoiler elektromagnetische Spulen (11 bis 18) vorgesehen sind, deren eine Enden über die von den Relais (5, 6) betriebenen Schalter (7, 8 bzw. 9, 10) mit dem einen Pol einer Stromquelle (26) in Verbindung stehen, während die anderen Enden über einen von der Stabilisierungseinrichtung betätigten Umschalter (25) mit dem anderen Pol dieser Stromquelle (26) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (25) durch einen Schleifkontakt (75) gebildet wird, der auf den mit den Spulen (11, 13, 15, 17 bzw. 12, 14, 16, 18) verbundenen Kontaktbahnen (23, 24) gleitet, wobei der Schleifkontakt für die Gleitbewegung mechanisch mit einem Kreisel (71) gekoppelt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkontakt in jeder Lage des Flugkörpers nur jeweils eine Kontaktbahn (23 oder 24) berührt und daß jede Kontaktbahn nur mit denjenigen Spulen (11, 13 bzw. 15, 17 bzw. 12, 14, 16, 18) verbunden ist, deren Erregung auch nur diejenigen Spoiler betätigt, die der Auslenkung der Querachse (B) aus der Horizontalen entgegenwirken.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß die von den Relais (5, 6) betriebenen Schalter (7, 8 bzw. 9, 10) zwei Stellungen aufweisen, die entweder dem stromlosen Zustand der Relaisspulen oder der Erregung der Relaisspulen durch ankommende Impulse entsprechen, und daß zwei Schalter (7, 8 bzw. 9, 10) eines Relais (5-6) stets mit Spulen (11-18) verbunden sind, die einander entgegengesetzt wirkende Drehmomente auf den Flugkörper um mindestens eine zu seiner Längsachse (D) senkrechte Achse (C, C) ausüben.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Drehmomenten um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen (C und C) zwei Paare von Steuerorganen (31, 32 und 33, 34 bzw. 35, 36 und 37, 38) vorgesehen sind, die jeweils mittels je eines Relais (5 bzw. 6) betätigt werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Vorlaufelement, das den Schleifkontakt (25) seine Mittelstellung zu den beiden Kontaktbahnen (23, 24) erreichen läßt, bevor der Flugkörper seine horizontale Querachslage eingenommen hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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