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Dokumentenidentifikation DE69905005T2 25.09.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1009966
Titel VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR RUDERKONTROLLE IN EINEM LUFT- ODER WASSERFAHRZEUG MITTELS EINER BETÄTIGUNG IN EINER EBENE
Anmelder Lockheed Martin Vought Systems Corp., Grand Prairie, Tex., US
Erfinder BAKER, C., Brian, Arlington, US;
BANKS, Edward, Johnny, Arlington, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69905005
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.07.1999
EP-Aktenzeichen 999323363
WO-Anmeldetag 02.07.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/15373
WO-Veröffentlichungsnummer 0000002003
WO-Veröffentlichungsdatum 13.01.2000
EP-Offenlegungsdatum 21.06.2000
EP date of grant 22.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.09.2003
IPC-Hauptklasse F42B 10/64
IPC-Nebenklasse F42B 10/66   B63H 25/14   B63H 11/10   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Steuerung nicht treibender Flossen in einem Luft- oder Seefahrzeug und, insbesondere, ein solches Verfahren sowie Vorrichtung mit planarer Betätigung.

Ein Steuersystem für ein Luft- oder Seefahrzeug umfasst einen Mechanismus zur Steuerung der Fahrtrichtung des Fahrzeuges. Die Fahrtrichtungssteuerung kann ausgeführt werden durch Ausrichten des Fahrzeuges zur Fortbewegung mit einer besonderen Fahrzeuglage in Bezug auf die relative Bewegung durch ein Fluid in dem das Fahrzeug sich fortbewegt. üblicherweise fuhrt das Steuersystem, wobei die nichttreibenden Flossen unabhängig voneinander angesteuert werden, die zum Zurücklegen eines vorbestimmten Weges erforderliche Lagesteuerung aus.

Eine Fahrzeuglage setzt sich zusammen aus der Roll-, Nick- und Gierlage. Die Steuerung der Fahrzeuglage kann theoretisch ausgeführt werden durch drei Flossen zur Steuerung der Roll-, Nick- und Gierlagen des Fahrzeuges. Üblicherweise sind aber vier Flossen vorgesehen, und gelegentlich können fünf oder mehr Flossen benutzt werden.

Die Anzahl der vorgesehenen Flossen hängt von dem Einsatzgebiet des Fahrzeuges ab. Eine Erhöhung der Anzahl der Flossen steigert den Betrag der Steuerkraft, die durch die Flossen erreicht wird. Eine höhere Steuerkraft führt aber nicht zwangsläufig zu einer Verbesserung der Manövrierfähigkeit des Fahrzeuges. Eine Erhöhung der Anzahl der Flossen in einer herkömmlichen Weise steigert auch das Gewicht und die Komplexität des Fahrzeuges, wodurch die erreichte höhere Steuerkraft wieder ausgeglichen werden kann.

Die Roll-, Nick- und Gierlagen des Fahrzeuges können durch Rotation der Flossen in einer vorbestimmten Weise gesteuert werden, um eine gewünschte Fahrzeuglage zu erhalten, unabhängig von der Anzahl der Flossen. Typische Ausführungen haben einen separaten Betätiger für jede Flosse damit jede Flosse unabhängig angesteuert werden kann. Die Verwendung von separaten Betätigern für jede Flosse hat einige unerwünschte Wirkungen. So erhöhen z. B. separate Betätiger das Fahrzeuggewicht, seine Komplexität und die Möglichkeit eines relativen Leitflächenrotationsfehlers. Die Minimisierung des Fahrzeuggewichtes hat einen hohen Vorrang bei der Fahrzeugkonstruktion, da die Fahrzeugmasse unmittelbar zum Manövrierpotential des Fahrzeuges beiträgt. Geringfügige Steigerungen der Fahrzeugmasse können zu wesentlichen Veränderungen führen hinsichtlich der Fahrzeugwendigkeit und/oder der Reichweite. Die Herabsetzung der Fahrzeugkomplexität ist wichtig vom Standpunkt der Fahrzeugzuverlässigkeit und der Kosten. Weniger aufwendige Konstruktionen sind im Allgemeinen weniger kostenintensiv bei der Herstellung und arbeiten zuverlässiger im Betrieb als hochkomplizierte Ausführungen. Relative Rotationsfehler treten in Steuersystemen auf wenn Einzelbetätiger pro Flosse eingesetzt werden, bedingt durch Einstellfehler, welche jedem Betätiger zuzuordnen sind. Die Binstellfehler können die gewünschten Relativwinkel zwischen den Flossen verfälschen und einen Fehler in der befohlenen Roll-, Nick- und Gierlage verursachen.

Eine Kardanstruktur wurde auch benutzt zur Steuerung der Fahrzeugflossen, gemäss der US Patentschrift 3,355,150, auf welche die zweiteilige Form der unabhängigen Ansprüche 1 und 15 sich stützt. Diese Kardanstruktur braucht nur drei Betätiger, sie ist aber konstruktiv aufwendig indem sie einen äusseren Bauteil hat, der schwenkbar an der festen Struktur gelagert ist, sowie einen Zwischenring besitzt, der an dem äusseren Bauteil schwenkbar angebracht ist, und einen inneren Ring aufweist, der an dem Zwischenring schwenkbar aufgehängt ist, und wobei an jedem dieser Bauteile einer der drei Betätiger angeschlossen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine oder mehrere der vorstehenden Probleme zu lösen.

Dm dies zu erreichen schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Roll-, Nick- und Giersteuerung eines Luft- oder Seefahrzeuges, wobei die Vorrichtung umfasst einen Betätiger, mit einer Betätigungseinrichtung; und mindestens drei Betätigungsmechanismen, welche in der Lage sind die Betätigungseinrichtung an drei Betätigungspunkten zu verstellen, mindestens drei nicht treibenden Flossen; und einem Gestänge zwischen dem Betätiger und jeder der Flossen, wobei das Gestänge die Bewegung der Betätigungseinrichtung auf die jeweiligen Flossen überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung eine einzige Betätigungsebene mit den drei Betätigungspunkten aufweist.

Des Weiteren schafft die Erfindung auch ein Verfahren zur Roll-, Nick- und Giersteuerung eines Luft- oder Seefahrzeuges mit mindestens drei Flossen, welche Fahrzeugsteuerflächen aufweisen, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Betätigung der mindestens drei Flossen über eine einzige Betätigungsebene zur Nick-, Gier- und Roll Steuerung.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Die Fig. 1-3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung für nichttreibende Flossen eines Luft- oder Seefahrzeuges, welche gemäss der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betrieben wird. Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht; Fig. 2 ist eine Draufsicht im Querschnitt längs der Linie 2-2 nach Fig. 1; und Fig. 3 ist eine Seitenansicht von rechts teilweise im Schnitt. In jeder der Fig. 1-3 sind die Flossen nicht abgelenkt.

Die Fig. 4A-C die Flossen der Flossensteuervorrichtung gemäss den Fig. 1-3 in einer positiven Rollablenkung. Die Fig. 4A und 4B sind eine isometrische Darstellung bzw. eine Draufsicht. Die Fig. 4C ist eine Seitenansicht von rechts, teilweise im Schnitt.

Die Fig. 5A-C die Flossen der Flossensteuervorrichtung gemäss den Fig. 1-3 in einer positiven Nickablenkung. Die Fig. 5A und 5B sind eine isometrische Ansicht bzw. eine Draufsicht. Die Fig. 5C ist eine Seitenansicht von rechts, teilweise im Schnitt.

Die Fig. 6A-C die Flossen der Flossensteuervorrichtung gemäss den Fig. 1-3 in einer positiven Gierablenkung. Die Fig. 6A und 6B sind eine isometrische Ansicht, teilweise im Schnitt bzw. eine Draufsicht. Die Fig. 6C ist eine Ansicht von unten, teilweise im Schnitt.

Die Fig. 7-9 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung für nichttreibende Flossen, welche gemäss der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und betrieben wird. Die Fig. 7 und 8 sind eine isometrische Ansicht bzw. eine Draufsicht. Die Fig. 9 ist eine Seitenansicht von rechts, teilweise im Schnitt. In jeder der Fig. 7-9 sind die Flossen nicht abgelenkt.

Die Fig. 10A-C das Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 7-9 in einer positiven Rollablenkung. Die Fig. 10A und B sind eine isometrische Ansicht, teilweise im Schnitt bzw. eine Draufsicht. Die Fig. IOC ist eine Seitenansicht von rechts, teilweise im Schnitt.

Die Fig. 11A-C das Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 7-9 in einer positiven Nickablenkung. Die Fig. 11A und B sind eine isometrische Ansicht, teilweise im Schnitt bzw. eine Draufsicht. Die Fig. 11C ist eine Seitenansicht von rechts, teilweise im Schnitt.

Die Fig. 12A-B das Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 7-9 in einer positiven Gierablenkung. Die Fig. 12A ist eine Draufsicht und die Fig. 12B ist eine Ansicht von unten, teilweise im Schnitt, der Leitflächensteuervorrichtung.

Die Fig. 13-14 Draufsichten, im Querschnitt, verschiedener alternativer Ausführungsbeispiele des Fahrzeuges gemäss den Fig. 7-9 entsprechend der Erfindung zum Steuern von vier bzw. sechs Flossen.

Die Fig. 15A-B wie ein anderes, alternatives Ausführungsbeispiel, benutzt werden kann zum Betätigen eines Düsenschubvektorsteuersystems.

Die Fig. 16A-C wie ein zweites, alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzt werden kann zum Betätigen eines Fahrzeugschubvektorsteuersystems.

Obschon die Erfindung in mehreren Modifikationen und alternativen Gestaltungen ausgeführt werden kann, sind besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielsweise in den Zeichnungen dargestellt und werden ausführlicher hierin beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Beschreibung dieser besonderen Ausführungsbeispiele nicht zur Einschränkung der Erfindung auf diese besonderen Ausführungsbeispiele zu verstehen ist, sondern im Gegenteil, es ist beabsichtigt, sämtliche Modifikationen, äquivalente, und alternative Formen zu schützen, die im Geist und im Rahmen der Erfindung sind, wie durch die anhängenden Ansprüche bestimmt ist.

Illustrative Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden beschrieben. Für die Übersichtlichkeit sind nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Verwirklichung in dieser Beschreibung beschrieben. Es ist natürlich zu verstehen, dass bei der Entwicklung irgendeines solchen, bestimmten Ausführungsbeispieles zahlreiche gestaltungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen zum Einhalten der speziellen Vorgaben des Konstrukteurs, wie z. B. system- und geschäftsgebundener Zwänge, die von einer Verwirklichung zu einer anderen ändern können. Darüberhinaus ist zu verstehen, dass eine solche Entwicklungsaufgabe, sogar falls schwierig oder zeitraubend, für den Durchschnittsfachmann der Kenntnis dieser Beschreibung hat, ein geläufiges Unterfangen ist.

Die Fig. 1-3 zeigt ein besonderes Ausführungsbeispiel 10 eines gemäss der vorliegenden Erfindung gestalteten und betriebenen Steuersystems für nichttreibende Flossen eines Luft- oder Seefahrzeuges. Das Steuersystem 10 ist vorgesehen zum Einsatz in einer Lenkwaffe. In alternativen Ausführungsbeispielen kann das Steuersystem auch eingesetzt werden in einer Lenkbombe, in Lenkmunition, und/oder anderen Luft- oder Seefahrzeugen mit nicht treibenden Flossen. Wie am besten aus Fig. 2 zu entnehmen, hat die Steuervorrichtung 10 mindestens drei nichttreibende Flossen 12, die jeweils eine Flugsteuerfläche 14 aufweisen mit einer ersten und einer zweiten Seite 16 bzw. 18. Die Anzahl der Flugsteuerflächen 14 ist nicht wesentlich zur Durchführung der Erfindung, unter der Voraussetzung, dass mindestens drei Steuerflächen vorhanden sind. Somit kann dieses besondere Ausführungsbeispiel benutzt werden mit irgendwelcher Anzahl der Flossen 12, die grosser oder gleich drei ist. Die Flugsteuerflächen 14 steuern die Nick-, Gier- und Rolllage des Fahrzeuges, das durch die Steuervorrichtung 10 gelenkt wird.

Bezugnehmend wieder auf die Fig. 1, die Steuervorrichtung 10 hat einen Betätiger 20, der die Flossen 12 einstellt. Der Betätiger 20 hat eine Betätigungsebene 22 und einen Betätigungsmechanismus 24, der in der Lage ist, die Betätigungsebene an drei Stellen 26 zu verstellen. Mehr als drei Stellen 26 können in einigen alternativen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein und das besondere Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1-3 kann, in einigen Verwirklichungen, die Betätigungsebene 22 an bis zu 50 Stellen verstellen. Wie dem Fachmann, der Kenntnis dieser Beschreibung hat, geläufig ist, wird durch die Möglichkeit sowohl viele als auch wenige Motoren einzusetzen eine Steigerung der Flexibilität bei der Motorauswahl erreicht. Die Stellen 26 sind bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1-3 um die Betätigungsebene 22 gleich beabstandet, aber dies ist nicht wesentlich zur Durchführung der Erfindung.

Die Betätigungsebene 22 kann aus irgendeinem, geeigneten flachen Bauteil bestehen und, gemäss dem besonderen Ausführungsbeispiel 10, ist die Betätigungsebene 22 ein starrer, gleichförmiger Aluminiumring. Zur Durchführung der Erfindung muss die Betätigungsebene 22 aber nicht als Ring ausgebildet sein, sondern andere Formen können vorgesehen sein. Die Betätigungsebene 22 kann sogar, in einigen Ausführungsbeispielen, aus einem massiven, ebenen Bauteil (nicht dargestellt) bestehen. Im Allgemeinen soll die Betätigungsebene 22 des speziellen, dargestellten Ausführungsbeispieles das Strahlrohr (nicht dargestellt) nicht versperren wenn die Flossen 12 am hinteren Ende des Fahrzeuges vorgesehen sind. Wie dem Fachmann, der Kenntnis dieser Beschreibung hat, geläufig ist, ist die Versperrung des Strahlrohres nicht von Belang wenn die Flossen 12 in Form vom Entenflügeln am vorderen Ende des Fahrzeuges vorgesehen sind.

Die Betätigungsebene 22 des Betätigers 20 ist über ein Gestänge 28 an die Flossen 12 und dementsprechend an die Flugsteuerflächen 14 gekoppelt. Wie am besten aus den Fig. 2-3 ersichtlich, hat jedes Gestänge 28 einen Lagerstift 30, der sich von der Betätigungsebene 22 erstreckt und eine Gabel 32, die sich von einem Gelenkstift 46 erstreckt. Der Lagerstift 30 hat ein halbkugelförmiges Lager 36, das in dem Ausschnitt 38 der Gabel 32 sitzt. Der Schaft 40 der Gabel 32 erstreckt sich durch eine Bohrung 42 in dem Ansatz 34 und durch eine Bohrung 44 in dem Gelenkstift 46 der Flosse 12. Ein Führungsstift 48 erstreckt sich auch von der Betätigungsebene 22 in die Führungsnut 50 einer Führung 52, aber in einigen Ausführungsbeispielen kann einer der Lagerstifte 30 herangezogen werden, um den Führungsstift 48 des dargestellten Ausführungsbeispieles zu verwirklichen. Die Ansätze 34 und die Führungen 52 sind entweder am Rumpf 54 des Fahrzeuges befestigt oder einteilig mit diesem geformt. Jeder Ansatz 34 hat eine Lagerfläche 56 auf welcher die Betätigungsebene 22 beweglich ist.

Es wird nun insbesondere auf die Fig. 1 Bezug genommen, die den Betätigungsmechanismus 24 in einer auseinandergezogenen, isometrischen Stellung zeigt. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel hat der Betätigungsmechanismus 24 eine Schubstange 60 und einen Läufer 62. Ein Betätigergehäuse 65 enthält einen Antriebsmotor (nicht dargestellt), um eine Spindel 66 in Rotation zu versetzen. Der Läufer 62 enthält eine Kugelmutter (nicht dargestellt) damit der Läufer 62 hin- und herbeweglich ist wenn die Spindel 66 rotiert. Die Schubstange 60 hat eine Kugel 64 an jedem Ende, welche ein Kugelgelenk mit der Betätigungsebene 22 und dem Läufer 62 bildet. Das Kugelgelenk zwischen der Schubstange 60 und der Betätigungsebene 22 bildet eine Stelle 26, an der die Betätigungsebene 22 verstellt werden kann. Der Läufer 62 hat eine Schale 68 in der eine der Kugeln 64 sitzt zum Bilden eines Kugelgelenks (nicht dargestellt) zwischen dem Läufer 62 und der Schubstange 60.

Wenn der Läufer 62 sich hin- und herbewegt, wird die Schubstange 60 auch hin- und herbewegt und somit erfolgt eine Verstellung der Betätigungsebene 22. Die Verstellung der Betätigungsebene 22 wird dann, wie vorher beschrieben, über das Gestänge 28 weitergeleitet zur Rotation der Flosse 12. Das Ausführungsbeispiel 10 hat einen solchen Betätigungsmechanismus 24 mit einer solchen Läufer- und Schubstangenkombination 60, 62 für jede Stelle 26, und kann, in verschiedenen Ausführungsbeispielen so wenig wie drei oder so viele dieser Kombinationen wie erwünscht auf weisen. Der Betätigungsmechanismus 24 kann durch irgendeine im Stand der Technik bekannte Technik betrieben werden, die verwirklichungsspezifisch ist. Der Betätigungsmechanismus 24 kann, in verschiedenen Ausführungsbespielen, elektromagnetisch, elektromechanisch, gänzlich mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch sein. Jeder Betätigungsmechanismus 24 kann über Steuersignale betrieben sein, die von einer Bedienungsperson oder einem Rechner (nicht dargestellt) angelegt werden und jeder Betätigungsmechanismus 24 kann unabhängig von den anderen Betätigungsmechanismen gesteuert werden.

Die Betätigungsebene 22 wird, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, durch den Betätigungsmechanismus 24 an den Stellen 26 verstellt. In diesem Zusammenhang bedeutet "Verstellung" Bewegung durch Verschiebung längs der X-Achse und/oder Rotation um die Y- und/oder Z-Achsen, wobei die X, Y und Z Achsen bestimmt sind wie in den Figuren festgelegt ist. Es Wird darauf hingewiesen, dass die Bestimmung der X-Z- Achsen ändert in Abhängigkeit des besonderen, verwirklichten Ausführungsbeispieles, aber das Betriebsprinzip bleibt das gleiche. Solche Abänderungen sind dem Fachmann, der Kenntnis dieser Beschreibung hat, geläufig. Demgemäss sind solche Fachleute in der Lage die obige Beschreibung einfach zu extrapolieren hinsichtlich der Verstellung der Betätigungsebene 22 zur Einstellung der Roll-, Nick- und Gierlagen alternativer Ausführungsbeispiele.

Je nach der vorzunehmenden Steuerung der Fahrzeuglage kann die Betätigungsebene 22 an irgendeiner Anzahl der Stellen 26 verstellt werden. Die Rolllage des Fahrzeuges kann z. B. gesteuert werden durch gleichzeitige Verstellung der Betätigungsebene 22 an jeder der Stellen 26 entlang der in Fig. 1 bestimmten X-Achse. Eine ungleichförmige Verstellung der Betätigungsebene 22 entlang der bestimmten X-Achse an den Stellen 26 ergibt verschiedene Rotationsbewegungen der Steuerebene 22, welche die Gier- und Nicklagen des Fahrzeuges beeinflussen, wie im Folgenden ausführlicher erklärt wird. Das Ausmass der Verstellung kann an verschiedenen Stellen 26 unterschiedlich sein, um Kombinationen der Gier-, Nick- und Rolllagen des Fahrzeuges zu verändern.

Demgemäss wird in dem Betrieb die Betätigungsebene 12 an einer oder mehreren der Stellen 26 verstellt. Diese Verstellung wird über das Gestänge 28 auf die Flossen 12 weitergeleitet. Die Verstellung wird über die Lager 36 zwischen den Stiften 30 und den Gabeln 32 übertragen. Der Stift 48 in der Führungsnut 50 der Führung 52 verhindert eine freie Rotation der Betätigungsebene 22 in der Y-Z-Ebene um die X-Achse, erlaubt aber anderweitig eine Verstellung wie vorher beschrieben. Die Fig. 1-3, 4A-C und 5A-C, 6A-C zeigen die Betriebsweise der Erfindung im Zusammenhang mit der Steuervorrichtung 10. Mehr insbesondere:

Die Fig. 1-3 zeigen die Flossen 12 in einer nichtabgelenkten Stellung;

die Fig. 4A-C zeigen die Flossen 12 in einer positiven Rollablenkung;

die Fig. 5A-C zeigen die Flossen 12 in einer positiven Nickablenkung durch Rotation um die bestimme Y'-Achse in positiver Richtung; und

die Fig. 6A-C zeigen die Flossen 12 in einer positiven Gierablenkung durch Rotation um die bestimmte Z'-Achse in einer negativen Richtung.

Jede der Roll-, Nick- und Gier lagen der Steuervorrichtung 10 wird gesteuert, wie oben erwähnt, durch Verstellung der Betätigungsebene 22.

Die Fig. 7-9 zeigen eine Steuervorrichtung 10' für nicht treibende Flossen mit einem anderen Ausführungsbeispiel 28' des Gestänges 28. Das Gestänge 28' dieses Ausführungsbeispieles hat im Wesentlichen eine Zahnstange 72, eine Zahnstangenführung 74 und ein Ritzel 76. Die Zahnstange 72 ist getrieblich mit der Betätigungsebene 22 verbunden durch einen Stift 78, der sich von der Zahnstange 72 in eine Fassung 75 in der Betätigungsebene 22 erstreckt. Der Stift 78 hat einen kugelförmigen Kopf 85, der, in Verbindung mit der Fassung 75, eine zweckmässig erzwungene Bewegung zwischen der Zahnstange 72 und der Betätigungsebene 22 erlaubt wenn die Betätigungsebene 22 verstellt wird. Die Zahnstange 72 ist mit dem Ritzel 76 durch eine Verzahnung 84 getrieblich verbunden, so dass die Zahnstange 72 und das Ritzel 76 eine Zahnstangen - und Ritzeleinrichtung bilden. Der Betätigungsmechanismus (nicht dargestellt) kann, in verschiedenen Ausführungsbeispielen elektromagnetisch, elektromechanisch, gänzlich mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch sein.

Die Fig. 16A zeigt, zum Teil, ein anderes Ausführungsbeispiel 24' des Betätigungsmechanismus 24, der in dem Ausführungsbeispiel 10' eingesetzt wird. Der Betätigungsmechanismus 24' hat zwei Scheiben 80 beidseitig der Betätigungsebene 22. Jede Stelle 26 besteht in diesem besonderen Ausführungsbeispiel aus paarweise angeordneten Elektromagneten 82. Dabei sind an der Innenfläche 83 einer jeden Scheibe 80 mit wenigstens drei Elektromagnete 82 versehen. An beiden Seiten 86 der Betätigungsebene 22 sind mindestens drei Elektromagnete 82 befestigt, die den an den Scheiben 80 befestigten Elektromagneten 82 gegenüberliegen. Die Polaritäten der paarweise angeordneten Elektromagnete kann manipuliert werden, damit die paarweise angeordneten Elektromagnete 82 sich in einem vorbestimmten Muster anziehen und abstossen zum Verstellen der Betätigungsebene 22 durch Schieben und Ziehen. Die Montage und die Stromversorgung der Elektromagnete 82 ist verwirklichungsspezifisch und kann gemäss irgendeiner geeigneten im Stand der Technik bekannten Ausführung erfolgen. Dieses Ausführungsbeispiel des Betätigungsmechanismus 24 kann auch durch irgendeine, im Stand der Technik bekannte Ausführung gesteuert werden, welche verwirklichungsspezifisch ist. Dieses Ausführungsbeispiel kann auch gesteuert werden durch Steuersignale, welche von einer Bedienungsperson oder einem Rechner (nicht dargestellt) angelegt werden.

Die Fig. 7-9, 8A-B, 10A-C und 10A-B zeigen Betriebsweisen der Erfindung in Zusammenhang mit der Vier- Flossen-Ausführung 90 gemäss der Fig. 13. Mehr insbesondere:

Die Fig. 7-9 zeigen die Flossen 12 in einer nichtabgelenkten Stellung;

die Fig. 10A-C zeigen die Flossen 12 in einer positiven Rollablenkung;

die Fig. 11A-C zeigen die Flossen 12 in einer positivem Nickablenkung durch Rotation um die vorbestimmte Y'-Achse in einer positiven Richtung; und

die Fig. 12A-B zeigen die Flossen 12 in einer positiven Gierablenkung durch Rotation um die vorbestimmte Z'-Achse in einer negativen Richtung.

Jede der Roll-, Nick- und Gierlagen der Steuervorrichtung 10 wird gesteuert, wie oben erwähnt, durch Verstellung der Betätigungsebene 22.

Dieses besondere Ausführungsbeispiel kann angewandt werden bei Ausführungen mit einer geraden Anzahl der Flossen 12, welche grosser als drei ist. Die Fig. 13-14 sind Draufsichten im Schnitt verschiedener alternativer Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10' gemäss den Fig. 7-9, welche die Lehre der Erfindung anwenden zum Steuern von vier bzw. sechs Flossen 12. Jede Flosse ist einem Einzelgestänge 28' zugeordnet, aber nur einem einzigen Betätiger 20', in jedem Ausführungsbeispiel 10'. Jeder Betätiger 20' wird in Längsrichtung verstellt an mindestens drei Stellen 26, nicht notwendingerweise an allen Stellen gleichzeitig, zum Steuern der Gier-, Nick- und Rolllagen bei dem Ausführungsbeispiel 10'. Die Erfindung vermindert dementsprechend das Gewicht und den konstruktiven Aufwand zur Betätigung der Flossen 12 im Vergleich zu dem Stand der Technik durch Ausschaltung redundanter Betätigungsmechanismen. Die Gestänge 28' sind gemäss diesen besonderen Ausführungsbeispielen auf der Innenfläche 102 des Rumpfes 54 des Lenkflugkörpers angeordnet und befinden sich in dem Ringraum 92 zwischen dem Betätiger 20' und dem Rumpf 54. Die Betätigungsebene 22 des Betätigers 20 umgibt in diesen besonderen Ausführungsbeispielen das Strahlrohr 94 des Raketenmotors.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung der Betätigungsebene 22 und des Betätigungsmechanismus 24 hervorgeht, können im Rahmen der Erfindung einige Abänderungen bestimmter Strukturen in den vielen möglichen alternativen Ausführungsbeispielen in Betracht gezogen werden. Andere Ausführungsbeispiele des Betätigungsmechanismus 24, wie die vorher beschriebenen, können in Betracht gezogen werden und liegen im Rahmen und im Geist der Erfindung wie nachstehend beansprucht. Die Betätigungsmechanismen 24 gemäss den Fig. 1 und 16A sind lediglich beispielhafte Ausführungsformen. In der Tat ist die genaue Struktur des Betätigungsmechanismus 24 nicht wesentlich zur Durchführung der Erfindung in allen Ausführungsbeispielen. Die zwei Ausführungsbeispiele des Betätigungsmechanismus 24 gemäss den Fig. 1 und 16A haben jeweils, beispielsweise und zur Erklärung, eine besondere Einrichtung durch Verstellung der Betätigungsebene 22. Im gleichen Sinne ist das Gestänge 28 mit der Zahnstange 72, der Zahnstangenführung 74 und dem Ritzel 76 ein besonderes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Verbinden des Betätigers mit den Flossen 12, wiederum beispielsweise und zur Erläuterung. Alle diese Abänderungen, sowie auch andere, liegen in dem Schutzumfang und dem Geist der Erfindung gemäss den nachfolgenden Ansprüchen.

Somit werden die Flossen 12 und folglich die Flugsteuerflächen 16 und 18, durch die Betätigung der Ebene 22 verstellt. Genauer ausgedrückt, die Flossen 12 werden betätigt durch wahlweise Verstellung der Betätigungsebene 22, anstatt die Flossen 12 selbst zu drehen, und die Bewegung der Betätigungsebene 22 wird dann über das Gestänge 28 auf die Flossen 12 übertragen. Durch wahlweises Verstellen der Betätigungsebene 22 kann die Betätigungsebene 22 zweidimensional gedreht werden, zur Steuerung der Gier- und Nicklage und in Längsrichtung verschoben werden zur Steuerung der Rolllage, jeweils mit einem einzigen Betätiger 22, der alle Flossen 12 verstellt. Die Erfindung vermeidet in den verschiedenen Ausführungsbeispielen die Konstruktionsbeschränkungen eines separaten Betätigermotors pro Flosse 12.

Die Fig. 15A-B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel wobei das Steuersystem 100 gemäss den Fig. 7-9 verwendet werden kann zum Betätigen eines Schubvektorsteuersystems 100 eines Lenkflugkörpers. Die Zahnstange 72 ist getrieblich mit einer Schubstange 102 verbunden; aber die Schubstange kann auch abweichend dazu in einigen Ausführungsbeispielen mit der Betätigungsebene 22 verbunden sein, wie durch die gestrichtelten Linien dargestellt ist. Die Schubstange 102 ist ihrerseits getrieblich verbunden mit einer Strahlschaufel 104 einer Schubvektorsteuervorrichtung über ein Getriebe 103, welches die Bewegung der Schubstange 102 in eine Rotation der Strahlschaufel 104 umwandelt. Wenn die Betätigungsebene 22 verstellt wird verschiebt sich die Zahnstange 72 in der Zahnstangenführung 74 und verschiebt damit die Schubstange 102. Diese hin- und hergehende Bewegung wird über das Getriebe 103 auf die Strahlschaufel 104 zur Steuerung des Schubvektors übertragen.

Die Fig. 16A-C zeigen ein anderes, alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Betätigung des Schubvektorsteuersystems 110 einer Lenkdüse. Das Getriebe 112 ist getrieblich mit der Düse 114 und der Zahnstange 72 verbunden und beschränkt die planare Bewegung auf planare Rotationen. Somit verursachen Verschiebungen der Betätigungsebene 22 keine Ausgangsbewegung vom Getriebe 112, aber planare Rotation bewirken Nick- und Gierablenkungen der Düse.

Somit können in den Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 13A-B und 8A-C die Flossen 12 und der Schubvektor mittels eines einzigen Betätigers gesteuert werden, um diese über eine Ebene zu betätigen. Die besondere Verwirklichungsform der Erfindung gemäss den Fig. 13A-B erlaubt es eine Flossensteuervorrichtung zu schaffen mit drei oder mehr Flossen 12 und/oder mit drei oder mehr Schubvektorsteuerschaufeln 104. Die Verwirklichung der Erfindung gemäss den Fig. 8A-C offenbart diesen Vorteil ebenfalls. Es bleibt zu erwähnen, dass die Anzahl der Flossen 12 und die Anzahl der Schubvektorsteuerschaufeln 104 nicht gleich sein müssen und, in verschiedenen Ausführungsbeispielen, voneinander abweichen können.

Es ist demgemäss erkennbar, dass die besonderen beschriebenen Ausführungsbeispiele nur erläuternd sind, da die Erfindung modifiziert und in verschiedenen, jedoch äquivalenten Weisen, durchgeführt werden kann, welche für die Fachleute, die Kenntnis von dieser Beschreibung haben, offensichtlich sind. Des Weiteren sind keine Einschränkungen aus den hierin beschriebenen Einzelheiten der Konstruktion oder des Entwurfs abzuleiten, ausser wie in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben. Es ist demnach einleuchtend dass die besonderen, vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele abgeändert oder modifiziert werden können, und dass diese Abänderungen alle unter den Schutzumfang der Ansprüche fallen. Folglich ist der hierin erdachte Schutzumfang wie in den nachfolgenden Ansprüchen festgelegt.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur Roll-, Hick- und Giersteuerung eines Luft- oder Seefahrzeuges, wobei die Vorrichtung umfasst:

einen Betätiger (20), mit:

einer Betätigungseinrichtung; und

mindestens drei Betätigungsmechanismen (24; 24'), welche in der Lage sind die Betätigungseinrichtung an drei Betätigungspunkten (26) zu verstellen,

mindestens drei nicht treibenden Flossen (12); und

einem Gestänge (28; 28') zwischen dem Betätiger (20) und jeder der Flossen (12), wobei das Gestänge die Bewegung der Betätigungseinrichtung auf die jeweiligen Flossen (12) überträgt,

dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung eine einzige Betätigungsebene (22) mit den drei Betätigungspunkten (26) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Betätigungsmechanismus (24) ein Mittel aufweist zum Verstellen der Betätigungsebene (22).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verstellen ausgewählt ist aus der Gruppe von:

zwei Scheiben (80), die beidseitig der Betätigungsebene (22) angeordnet sind, wobei die Scheiben (80) mit daran befestigten Elektromagneten (82) mit einer ersten Polarität versehen sind, die an der Betätigungsebene (22) befestigten Elektromagneten (82) mit der entgegengesetzten Polarität gegenüberliegen, und

für jeden Betätigungspunkt (26), einen Läufer (62), der in der Lage ist eine Schubstange (60) hin- und her zu bewegen, zum Verstellen der Betätigungsebene (22) an dem betreffenden Punkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verstellen ein Prinzip anwendet, das ausgewählt ist aus der Gruppe elektromagnetisch, elektromechanisch, mechanisch, hydraulisch und pneumatisch.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus (24; 24') ausgewählt ist aus der Gruppe von:

zwei Scheiben (80), die beidseitig der Betätigungsebene (22) angeordnet sind, wobei die Scheiben (80) mit daran befestigten Elektromagneten (82) mit einer ersten Polarität versehen sind, die an der Betätigungsebene (22) befestigten Elektromagneten (82) mit der entgegengesetzten Polarität gegenüberliegen.

für jeden Betätigungspunkt (26), einen Läufer (62), der in der Lage ist eine Schubstange (60) hin- und her zu bewegen, zum Verstellen der Betätigungsebene (22) an dem betreffenden Punkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus (24, 24') ein Prinzip anwendet, das ausgewählt ist aus der Gruppe elektromagnetisch, elektromechanisch, mechanisch, hydraulisch und pneumatisch.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge (28') umfasst:

eine Zahnstange (72), die getrieblich mit der Betätigungsebene (22) verbunden ist;

eine Zahnstangenführung (74) zum Führen der Zahnstange (72); und

ein Ritzel (76), das getrieblich verbunden ist mit der Zahnstange (72) und der Flosse (12).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen Rumpf (54) aufweist, wobei jede Flosse (12) einen Gelenkstift (46) aufweist, der sich durch den Rumpf (54) erstreckt, und jeder Gelenkstift (46) mit einer Bohrung (44) durch den Stift versehen ist, und das Gestänge (28) versehen ist mit:

einer Vielzahl von Lagerstiften (30), die sich von der Betätigungsebene (22) erstrecken;

einem Ansatz (34) für jede Flosse (12), und der mit dem Flugzeugrumpf (54) verbunden ist;

einer Vielzahl von Gabeln (32), wobei jede Gabel (32) sich durch einen zugeordneten Ansatz (34) erstreckt und in die Bohrung (44) eines zugeordneten Gelenkstiftes (46) ragt;

einem Lager (36) zwischen jedem Lagerstift (30) und einer zugeordneten Gabel (32) der Vielzahl von Gabeln (32); und

einem Mittel zum Verhindern einer freien Drehbewegung der Betätigungsebene (22).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Verhindern einer freien Drehbewegung umfasst:

eine Führung (52), die mit dem Fahrzeugrumpf (54) verbunden ist, wobei die Führung (54) eine Führungsnut (50) auf weist; und

einen Führungsstift (48), der sich von der Betätigungsebene (22) und in die Führungsnut (50) erstreckt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstift (48) aus einem der Lagerstifte (48) besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmechanismen (24; 24') die Betätigungsebene (22) gleichzeitig an den drei Betätigungspunkten (26) verstellt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsebene (22) ein Ring ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge (28; 28') getrieblich mit einem Schubvektors teuer system (100; 110) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsebene (22) in einem Ringraum angeordnet ist, der durch einen Rumpf (54) und ein Strahlrohr begrenzt ist.

15. Verfahren zur Roll-, Nick- und Giersteuerung eines Luft- oder Seefahrzeuges mit mindestens drei Flossen (12), welche Fahrzeugsteuerflächen aufweisen, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Betätigung der mindestens drei Flossen (12) über eine einzige Betätigungsebene (22) zur Nick-, Gier- und Rollsteuerung.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Flossen (12) über eine einzige Betätigungsebene (22) folgende Verfahrensschritte auf weist:

Verbinden der mindestens drei Flossen (12) mit der Betätigungsebene (22); und

Verstellen der Betätigungsebene (22) an drei verschiedenen Punkten (26) zum Betätigen der Flossen (12).

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellen der Betätigungsebene (22) das gleichzeitige Verstellen der Betätigungsebene (22) an den drei verschiedenen Punkten (26) umfasst.







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