DE931267C - Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung der Bahn eines durch eine Drallbewegung stabilisierten Koerpers - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung der Bahn eines durch eine Drallbewegung stabilisierten Körpers Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die Bahn bewegter Körper, denen zur Stabilisierung ein Drall erteilt wird, willkürlich während der Bewegung zu beeinflussen.
• So ist es erstrebenswert, dem mit einem normalen Geschütz abgefeuerten Geschoß eine Steuermöglichkeit im Fluge zu geben. Da solche Geschosse aber einen Drall haben, ist zunächst zu prüfen, wie eine Steuerung im Luftstrom erfolgen kann. Daß eine Geschoßbahn nicht unbedingt parabelförmig sein muß, sondern auch willkürlich zu gestalten sein muß, zeigt der Bumerang, der durch besondere Formgebung dem (in Relativbewegung vorbeifließenden) Luftstrom Angriffsmöglichkeiten bietet, die eine Beeinflussung der Flugbahn hervorrufen. Daß trotzdem die für den Flug benötigte Energie, und sei die Bahn noch so kompliziert, aus der beim Abschuß (Abwurf) erteilten Bewegungsenergie gedeckt werden muß, ist selbstverständlich. Sofern sich eine Steuermöglichkeit für ein mit Drall fliegendes Geschoß finden läßt, ist diese natürlich auch für Raketen von Bedeutung, sei es, daß sie selbständig oder mit Starthilfe (Raketenantrieb nur zusätzlich zur ursprünglich mitgegebenen Bewegungsenergie) starten, sofern man solche Raketen sich mit Eigendrall fortbewegen läßt. Zum Beispiel kann man Raketen einen Drall erteilen beim Abschuß oder durch Oberflächengestaltung (z. B. schraubenförmige) oder durch zusätzliche Tangentialkomponenten des Raketenvortriebs. Ein mit Drall sich bewegender Körper ist steuerbar, wenn man gemäß der Erfindung die Steuer-`virkung nur pulsierend wirken läßt, und zwar in bezug auf die Drallbewegung phasenrichtig, d. h. immer in dem Augenblick (in der Phase), in dem der sich drehende Körper nach einer oder nach einer ganzen Anzahl von Umdrehungen wieder die gleiche Lage im Raum hat wie im Augenblick des vorhergehenden Steuerimpulses. Es muß also die Steuerimpulsfrequenz gleich der Drallfrequenz sein oder gleich einem ganzzahligen Bruchteil der Drallfrequenz.
• Solche Steuerimpulse können dem Körper auf verschiedene Weise erteilt werden, z. B. mechanisch oder pneumatisch. Unter »pneumatisch« soll hier »mittels Gasströmung« verstanden werden, die intermittierend aus entsprechend angebrachten Düsen an der Oberfläche des Flugkörpers austritt und diesem damit entsprechende Steuerimpulse erteilt, sei es, daß diese Gasströmung aus einem Behälter komprimierter Luft gewonnen wird oder durch zusätzlichen Raketenantrieb (Verbrennungs-oder Explosionsgase eigens hierfür), sei es, bei sowieso vorhandenem Raketenantrieb (auch bei nur zusätzlichem) durch intermittierende Steuereinwirkung auf entsprechende Düsen.
• Im folgenden sollen Beispiele für intermittierende mechanische Steuerung gegeben werden. An einer für eine Steuerwirkung aerodynamisch besonders geeigneten Stelle der Körperoberfläche soll in jeweils der richtigen Phase ein kleines Steuerorgan hervortreten. Die für eine solche Impulssteuerung notwendige Steuerleistung ist äußerst gering, da bei der großen Bahngeschwindigkeit bzw. der entsprechend großen relativen Strömungsgeschwindigkeit der am Körper vorbeigleitenden Luft schon eine ganz geringe Länge des Steuerblattes (so soll das Steuerorgan weiterhin bezeichnet werden) zur Erzielung einer ausreichenden Steuerwirkung ausreicht. Die intermittierende Bewegung des Steuerblattes wird also z. B. mit Hilfe eines einfachen Federmotors möglich sein. Selbstverständlich ist es, daß man durch möglichst günstige aerodynamische Gestaltung des Steuerblattes danach strebt, die beim jedesmaligen Heraustreten des Steuerblattes aus der Oberfläche auftretende Bremswirkung auf das Geschoß möglichst gering zu halten und nur eine möglichst große verlustlose Steuerwirkung zu erhalten.
• In der Fig. i ist angenommen, daß nahe der Spitze des Flugkörpers, seitlich von dieser, ein Steuerblättchen st intermittierend mit Hilfe einer Nockenscheibe n aus seinem Innern herausgestoßen wird. Die Nockenscheibe wird über ein Kurven- oder ein sonstiges Getriebe von einem Federmotor (Feder mit Drehzahlregler) angetrieben. f ist eine Rückstellfeder. Die Zwischenschaltung eines Kurven-oder sonstigen Getriebes zwischen Motor und Steuerblättchen ist angebracht, um die Phase des Steuerimpulses und die Größe des Steuerzuschlages (Länge des aus der Oberfläche austretenden Teiles des Steuerblättchens) beliebig regeln zu können. Mit Hilfe besonderer Schablonen od, dgl. läßt sich auch die Zeitdauer, der Zeiteintritt und das Ende einer gewünschten Steuerwirkung wie auch die Art der Steuerung in bestimmten Zeitabschnitten beliebig regeln, so daß auf diese Weise die verschiedensten Flugbahnen durch wechselnde Steuerwirkung erzielt werden können.
• Bei der Anordnung nach Fig. a dient als Steuerorgan ein Segment der Körperoberfläche, das intermittierend ein klein wenig herausgeschwenkt wird (Drehpunkt o). Falls erforderlich, kann ein Wuchtausgleich vorgenommen werden, schematisch angedeutet durch w.
• Es sind noch die verschiedensten anderen Steuermöglichkeiten mit Segmenten, Stäbchen, Plättchen und ähnlichen Organen an den verschiedensten Stellen der Oberfläche denkbar. Auch kann an die Stelle eines solchen Organs eine Mehrzahl treten, symmetrisch oder unsymmetrisch über die Oberfläche verteilt, gleichzeitig oder abweehselnd bedienbar, wie es Steuerung oder Umsteuerung erfordern.
• Wie bereits ausgeführt wurde, müssen Drallfrequenz und Steuerimpulsfrequenz in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen. Man wird also den Regler des Antriebsmotors des Steuermechanismus entsprechend der Drallfrequenz einstellen. Ist der hierdurch zu erzielende Synchronismus noch nicht ausreichend, so ist eine zusätzliche Synchronisierung erforderlich. Angenommen, die Steuerkurve eines sich selbst steuernden Körpers ist vor dem Start so eingestellt, daß sich eine seitwärts abgebogene Flugbahn ergeben müßte, so würde-er sich statt dessen bei langsamem Wandern der beiden genannten Frequenzen gegeneinander auf einer Spiralenbahn bewegen.
• Handelt es sich um einen durch ultrakurze Wellen ferngesteuerten Körper, so ergibt sich eine einfache Synchronisiermöglichkeit mit Hilfe des steuernden Feldes selbst. Bei der in Fig. i gezeigten Anordnung, die einen für Fernsteuerung geeigneten Körper. schematisch dargestellt, ist der metallene Mantel durch einen Isolierring i, z. B. aus keramischem Stoff, elektrisch aufgeteilt. Die beiden Hälften sind durch einen Draht d auf der einen Seite und die angeschaltete Röhre r auf der anderen Seite zu einem Rahmen zusammengeschlossen, der bei Drehung im magnetischen Feld der steuernden Welle eine zwischen einem Maximum und einem Minimum schwankende Induktion erfährt. Aus dieser läßt sich ein für die Synchronisierung zu verwendender Wechselstrom ableiten. Die Zweideutigkeit des Rahmens (zwei Maxima und Minima auf eine Umdrehung) ist mit bekannten Mitteln (z. B. überlagertem Rahmeneffekt) zu beseitigen. Zu einer solchen Synchronisierung können die nachfolgend beschriebenen mechanischen Synchronisierungsmittel zusätzlich verwendet werden.
• Bei einem nur mit Selbststeuerung ausgestatteten Körper sind mechanische Synchronisierungsmittel erforderlich. Fig.3 zeigt ein Schema hierfür. q stellt die Körperwand an geeigneter Stelle im Ouerschnitt dar. Zwei leicht drehbar gelagerte Zapfen z tragen einen Ring, der seinerseits unter Zwischenschaltung eines Gummiringes ein Kugellager h trägt. Zwischen dem inneren Ring des Kugellagers sei eine Gummimembran ausgespannt (oder Speichen oder eine sonstige geeignete Haltevorrichtung), die am Rand ein Gewicht g trägt. Dieses wird sich mit dem sich drehenden Körper nicht mitdrehen, so daß aus dem aneinander Vorübergleiten der beiden schematisch angedeuteten Anschläge a1, a. mechanisch oder elektrisch eine Synchronisierfrequenz abgeleitet werden kann. Die im Beispiel gezeigte Verwendung der Gummiteile soll nur andeuten, daß das Synchronisiergerät möglichst ei genpendelfrei und erschütterungs- und stoßunempfindlich zu gestalten ist (es muß z. B. den Abschuß überstehen). Eine zusätzliche Verwendung eines Kreisels zu weiterer Stabilisierung des Synchronisiergerätes ist außerdem denkbar.
• Einem mi`t dem beschriebenen Steuergerät ausgerüsteten Flugkörper kann durch vor dem Start erfolgende Einstellung des Steuervorganges in Abhängigkeit von der Flugzeit, z. B. mittels Schablone, jede gewünschte Flugbahn gegeben werden, soweit dies im Rahmen der ihm mitgegebenen hewegungsenergie möglich ist. Man könnte z. B. >>um die Ecke« schießen oder ein Geschoß auf einer nach rückwärts abgebogenen Bahn führen. Dies wäre z. B. wichtig für den Beschuß von hinter einem Steilhang oder im toten Schußwinkel liegenden Zielen. Die Fig.4 deutet dies an. Auch zur Täuschung über die Richtung, aus der der Beschuß herkommt, sind derartige Flugbahnen von Bedeutung. Weiter ist bei direktem Beschuß mit Hilfe der Steuervorrichtung eine Begradigung der an sich parabelförmigen Geschoßbahn möglich bis zur geraden Linie und darüber hinaus bis zur umgekehrt nach oben gekrümmten Bahn. Wählt man als Geschoßbahn eine gerade Linie, so fällt die durch falsche Entfernungseinstellung bedingte Treffunsicherheit fort. Ein im Visier liegendes unbewegliches Ziel muß auf jeden Fall getroffen werden.
• Zur Fernsteuerung von beweglichen Objekten sind verschiedene Methoden der Bildung von Leitstrahlen mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen bekannt, z. B. zwei gekreuzte Ebenen, beide nach der A-hT-Methode oder ähnlich erzeugt, so daß hierauf nicht im besonderen eingegangen zu werden braucht. Wie bereits anläßlich der Erzeugung einer Synchronisierungsfrequenz ausgeführt worden ist, zeigt die Fig. i eine geeignete Methode der Oberflächengestaltung bei Verwendung drahtloser, insbesondere ultrakurzer Wellen, die als gebündelter Strahl oder unter Bildung von Leitlinien zur Führung des Körpers und Übertragung der Steuerimpulse auf diesen dienen. Eine besondere Übertragung von Steuerimpulsen erübrigt sich aber, wenn der Empfänger im Körper so eingerichtet ist, daß sich bei Ablagen vom Strahlbündel oder der Leitlinie oder bei Überschreiten bestimmter Grenzen im Bündel korrigierende Impulse im Körper selbst bilden, die auf die Steuereinrichtung einwirken. Dann kann man mit bloßem Schwenken des Bündels oder Leitstrahls den Körper im Fluge führen. Eine Rakete läßt sich also z. B. bei der Flugzeug-Bekämpfung durch einen -mit einem Scheinwerfer oder einem drahtlosen Peiler starr verbundenen Leitstrahlsender den Bewegungen des Flugzeuges folgend -führen, bis sie dieses erreicht hat.
• Es ist aber nicht notwendig, daß der Körper vom Anfang des Flugweges an geführt wird. Es kann bei der eben gezeigten Flugzeugbekämpfung z. B. zunächst mit üblichem Vorhaltwinkel abgeschossen und erst im letzten Teil der Flugbahn in Führung genommen werden, z. B. mittels eines Bündels, das man mit fortschreitender Flugzeit immer enger konvergieren läßt, oder mittels immer mehr in I3eckung gebrachter Leitebenen. Bei der tekämpfung von Schiffs- und ähnlichen Zielen z. B. kann man den absichtlich auf zu weite Entfernung abgeschossenen Flugkörper im letzten Teil der Bahn mit einer horizontalen Leitfläche abfangen, die fortschreitend in die Wasser- (Erd-)oberfläche hineingedreht wird. Für den absichtlich auf zu kurze Entfernung gezielten Abschuß gilt Sinngemäßes.
• Zur Aufnahme der drahtlosen Wellen brauchen die nach Fig. i gebildeten Teile der Oberfläche nicht zu einem Rahmen, zusammengefaßt werden, sie können auch zu einem Dipol zusammengefaßt werden.

Claims (24)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Beeinflussung der Bahn eines bewegten Körpers, dem zwecks Stabilisierung beim Start oder während der Bewegung eine Drallbewegung erteilt wird, gekennzeichnet durch die Anwendung von Steuerimpulsen, die kurzzeitig sind im Vergleich zur Drallumlaufzeit des Körpers.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse durch ein mechanisches Organ im Zusammenwirken mit dem am Körper vorbeifließenden Medium ausgeübt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse durch den Rückstoß eines ausströmenden Mediums, wie Luft, Gase u. dgl., ausgeübt werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch i und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse stets in einer bestimmten Phase der Drallbewegung gegeben werden.
5. S. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulsfrequenz in einem ganzzahligen Verhältnis zur Drallfrequenz steht.
6. 6. Verfahren nach Anspruch i und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Phasenlage der Steuerimpulse gegenüber der Drallbewegung entsprechend dem gewünschten Bahnverlauf mit Fortbewegung des gesteuerten Körpers ändert.
7. 7. Steuervorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch z, gekennzeichnet durch ein Steuerorgan, das an einer aero- oder hydrodynamisch für die Steuerwirkung günstigen Stelle intermittierend aus der Oberfläche des gesteuerten Körpers austritt. B.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerorgan ein Segment der Oberfläche des sich fortbewegenden Körpers dient. g.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan so gestaltet ist, daß es eine möglichst geringe Bremswirkung auf den sich fortbewegenden Körper ausübt. i o.
10. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, gekennzeichnet durch mehrere Steuerorgane, die symmetrisch oder unsymmetrisch über die Oberfläche des gesteuerten Körpers verteilt und gleichzeitig oder abwechselnd bedienbar sind, je nachdem, wie es Steuerung oder Umsteuerung erfordern. i i.
11. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis io, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan bzw. die Steuerorgane durch einen Federmotor über eine Nockenscheibe betätigt wird (werden).
12. 12. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Antriebsmotor und Steuerorgan ein Kurven-oder sonstiges Getriebe zwischengeschaltet ist, das entsprechend dem gewünschten Steuerverlauf verstellbar ist.
13. 13. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 12, gekennzeichnet durch einen Wuchtausgleich der durch die intermittierende Steuerung hervorgerufenen intermittierenden Unwucht.
14. 14. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis i i bzw. zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Regler, der auf den Antrieb bzw. die Betätigung des Steuerorgans so einwirkt, daß Synchronismus zwischen Drallfrequenz und Steuerimpulsfrequenz aufrechterhalten bleibt.
15. 15. Synchronisierungsvorrichtung für Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 14, gekennzeichnet durch Organe, die Regelimpulse in Abhängigkeit von ihrer Lage zum Erdschwerefeld erzeugen.
16. 16, Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein exzentrisch von einer Gummimembran getragenes Gewicht, das in dem sich fortbewegenden Körper kardanisch aufgehängt ist.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch einen Kreisel zur (eventuell zusätzlichen) Stabilisierung.
18. 18. Verfahren zur Erzeugung einer Regelfrequenz für die Herstellung des Synchronismus zwischen Drall- und Steuerimpulsfrequenz, gekennzeichnet durch die Ausnutzung eines gegebenen elektrischen oder magnetischen Feldes, innerhalb dessen die Bahn des gesteuerten Körpers verläuft. i9.
19. Verfahren nach Anspruch i8 zur Ausnutzung eines magnetischen Feldes, z. B. der magnetischen Feldkomponente, von zur übermittlung von Steuerzeichen dienenden ultrakurzen elektromagnetischen Wellen, gekennzeichnet durch die Aufteilung der elektrisch leitenden Oberfläche des gesteuerten Körpers und Verbindung der gegeneinander isolierten Elemente der Oberfläche zu einem magnetischen Rahmen. 2o.
20. Verfahren nach Anspruch ig, gekennzeichnet durch Schaltmaßnahmen, um die Zweideutigkeit der magnetischen Induktion in dem gebildeten Rahmen zu beseitigen.
21. 21. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenanlage der Steuerimpulse durch eine dem gesteuerten Körper mitgegebene Schablone gesteuert wird.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenanlage durch Fernübermittlung von Steuersignalen, die z. B. mittels elektromagnetischer Wellen erfolgt, gesteuert wird.
23. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenanlage mit Hilfe eines im gesteuerten Körper vorhandenen Empfängers gesteuert wird, der die Phaseneinstellung in Abhängigkeit von der Lage des Körpers in einem den Körper führenden Leitstrahl vornimmt.
24. 24. Verfahren nach den Ansprüchen i8 oder 22, 23 zur Ausnutzung der elektrischen Komponente von elektromagnetischen Wellen, die zur Übermittlung bzw. Auslösung von Steuersignalen dienen, gekennzeichnet durch die Aufteilung der elektrisch leitenden Oberfläche des gesteuerten Körpers und Zusammenfassung der voneinander isolierten Segmente der Oberfläche zu einer auf das elektrische Feld ansprechenden Antenne.