TAIL UNIT WITH REDUCED GROUND WIND SENSITIVITY

Abstract: 1. Fixed or hinged tail unit for guided or unguided supersonic missile, characterised in that the fins (2) of the tail unit are formed for reducing their effectiveness at the beginning of the flight phase so that a reinforced pressure equalisation between their upper and lower sides is possible by the fins (2) exhibiting a small elongation, in particular an elongation less than 1, and/or the fins (2) being provided externally of the contour of the flight body in the region of their end directed to the flight body with perforations, slits (5, 6, 6') or the like extending in the longitudinal direction.

Description: Leitwerk mit reduzierter Bodenwindettrnfindlichkeit Die Erfindung befasst sich mit einem Leitwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Leitwerke bewirken die Längs stabilität ungelenkter Flugkörper. Bei gelenkten Flugkörpern wird in der Regel nur eine geringe Längsstabilität angestrebt, um die Längssteuerung zu erleichtern. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen instabilen Lenkflugkörper durch einen in die Steuerung eingebauten Regler künstlich zu stabilisieren. Die Stabilisierungswirkung eines Leitwerks kommt dadurch zustande, dass das Leitwerk bei Drehung des Flugkörpers aus der Flugrichtung heraus ein rückdrehendes Moment erzeugt, das so lange wirkt, bis der Flugkörper wieder in die Flugrichtung zurückgedreht ist. Dieses ruckdrehende, die Störung beseitigende Moment um den Flugkörpersonwerpunkt zukommt dadurch zustande, dass das Leitwerk hinter dem Schwer punkt des Flugkörpers angebracnt ist und infolge der Auslenkung aus der Flugrichtung als Tragflügel wirkt. Ist der Auftrieb, d.h. die Stabilität gross, so wird die Störung schnell beseitigt, ist er klein, so erfolgt der Ausgleich der Störung nur langsam. Bei unzureichendem Beitwerksauf- trieb vergrössert sich die Abweichung von der Blugrichtung, bis der Flugkörper nach einer gewissen Zeit '?ausbricht" und die Flugkörperlängsachse um 900 gedreht zur Flugrich tung steht. Bei hoher Längsstabilität wird eine momentane Abweichung von der Flugrichtung zwar schnell beseitigt, nachteiligerweise jedoch auch bei Bodenwind, d.h. hier bei Windkomponenten, die nicht in Flugrichtung wirken. Dies soll am Beispiel eines, in Flugrichtung gesehen, von links wirkenden Seitenwindes verdeutlicht werden. Dieser Wind bewirkt,. dass der Flugkörper nicht mehr axial, sondern unter einem (in der Regel kleinen) Winkel von links mit der resultierenden Geschwindigkeit angeströmt wird. Aufgrund der oben geschilderten Wirkungsweise des Leitwerks wird der Flugkörper nun so lange in den Wind gedreht, bis die Seitenwindkomponente null geworden ist. Dies bedeutet aber eine Abweichung von der Abschussrichtung. Durch nur schwache Stabilisierung wird deshalb die Seitenwindempfindlichkeit reduziert. Aus aerodynamischen Gründen nimmt die Wirksamkeit von Flügeln bei Unterschallströmung mit steigender Flugge schwinaigkeit zu, im überschall jedoch ab. Bei ungelenkten Überschallflugkörpern muss deshalb das Leitwerk mindestens so gross sein, dass es auch zur Stabilisierung bei der Maximalgeschwindigteit noch ausreicht, was bei den bekn-n- ten Leitwerken dann aber eine hohe zur Folge hat. 3odenwindempfindlic > ''e- Es ist bekannt, die Bodenwindempfindlichkeit zu recuzieren durch eine hohe Staftbeschleunigung, weil dadurch die tfber- stabilisierungsphase kurz ist, oder durch Leitwerke, die nach dem Start so lange ganz oder teilweise geschlossen bleiben, bis der Plugkörper aufgrund der Instabilität auszubrechen beginnt. Auch Kombinationen beider Methoden sind bekannt. Nachteilig sind hierbei im ersten Fall strukturelle und/ oder raketentechnische Probleme sowie eine reduzierte Flugweite, weil die höchste Fluggeschwindigkeit in Bodennähe, d.h. bei entsprechend hohem Luftwiderstand, erreicht wird, und im zweiten Fall der notwendige Einbau einer Aufklappverzögerung, , die nur auf einen Seitenwind bestimm- ter Intensität und Dauer optimiert werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunae, ein Leitwerk so zu gestalten, dass es bei der höchsten Fluggeschwindigkeit im Vergleich zur Startgeschwindigkeit besonders wirkungsvoll ist, um ein festes oder ein ummittelbar nach dem Start aufklappendes Leitwerk verwenden zu können. Diese Aufgabe wird entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Zur Verstärkung des Druckausgleichs können die flossen des Beitwerkes mit Durchbrechungen oder Ausnehmungen in ihrem ausserhalb der Kontur des Flugkörpers liegenden, voll angeströmten Bereich versenen werden. Beispielsweise können diese als Perforationen auszebildet sein, die im Bereich des dem Fluikörperrumpf zugewandten Endes der Flossen angeordnet sind. Dieser Durckausgleich hat zur Folge, dass der Auftrieb und damit die stabilisie- rende Wirkung des Leitwerkes vermindert werden. Da der Druckausgleich aus aerodynamischen Gründen bei geringer Fluggeschwindigkeit nach dem Start stärker als bei aber 5schallgeschwinciigkeit ist, hat die enindungsgemässe Mass- nahme zur Folge, dass ein solches Leitwerk bei hohen Fluggeschwindigkeiten zwar auch noch schlechter wirkt als ein konventionelles, bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten aber in angestrebter Weise besonders schlecht wirkt. Dies bedeutet aber, dass es weniger seitenwindempfindlich ist. Eine weitere besonders vorteilhafte Massnahme zur Erzielung des Druckausgleiches zwischen Flossenober- und -unterseite ist im Anspruch 2 angegeben. Unter dem Begriff "Streckung" ist dabei das Verhältnis aus dem Quadrat der Spannweite de Flossen zu deren Grundrissfläche zu verstehen. Die sich an den freien Flossenenden ausgleichende Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite führt zu einer Verminderung des Auftriebs, und zwar um so stärker, desto kleiner die Streckung ist. Auch dieser Einfluss hängt wiederum von der Fluggeschwindigkeit ab, und zwar in der Weise, dass bei der bestimnrungsgemässen maximalen Uberschallgeschwindigkeit die mit der Verkleinerung der Streckung verbundene Auftriebs- reduzierung relativ klein ist, während sie bei den gerin en Fluggeschwindigkeiten nach dem Start vergleichsweise gross ist. Um bei der Endgeschwindigkeit dennoch die gleich stabilisierende Wirkung zu erreichen, muss daher die Fläche des erfindungsgemässen Leitwerkes gegenüber einem konventionellen entsprechend vergrössert werden. Wegen der sehr viel stärkeren Auftriebsreduzierung bei geringen Flugge schwindigkeiten ist aber auch dann noch immer eine erhebliche Verminderung der Windempfindlichkeit gegeben. Als besonders vorteilhaft erweisen sich Leitaxerke mit einer Streckung kleiner als 1, während konventionelle Leitwerke im allgemeinen eine Streckung von etwa 2,5 bis 3 haben. Die Reduzierung des Windeinflusses durch Verwendung von Leitwerken kleiner Streckung kann bei konventioneller Bauweise Schwierigkeiten bereiten, da dies zu Leitwerken führt, deren Tiefe oder axiale ErsWrecLmng im Vergleich zu ihrer Spannweite gross ist. Dies erfordert ein entsprechend langes Heck des Flugkörpers oder ergibt Leitwerke, deren Spannweite innerhalb des Kalibers verschwinden würde und somit nicht mehr verwirklichbar ist. Erfindungsgemäss kann in diesen, aber auch anderen Fällen die Ausbildung des Leitwerks nach Anspruch 3 vorgesehen werden. Danach wird das Leitwerk in Einzelflügel aufgelöst, die ohne weiteres je für sich als Flügel kleiner Streckungiausgebildet werden können. Die Einzelflügel sind dabei nicht wie üblich am Rumpf befestigt, sondern in einem solchen seitlichen Abstand von diesem, dass auch ihre dem Rumpf zugekehrten inneren Enden voll der LuftanströmuxE ausgesetzt sind. Dadurch kommt es nicht nur zu einem Druckausgleich über die äusseren Enden, sondern zusätzlich auch über die inneren Enden der Flügel. Der letztere wird allerdings durch die stegförmige Halterung der Flügel und die endliche Breite des Zwischenraumes gegenÜber dem theoretischen Wert vermindert, so dass die effektive Strekkung der Einzelflügel grösser als ihre geometrische ist, was bei ihrer Auslegung zu berücksichtigen ist. Die Reduzierung der Wirksamkeit eines Leitwerkes, und zwar bei Unterschallströmung stärker als bei Uberschallström11ng kann nach Anspruch 4 auch durch schlitzförmige Ausnehmungen innerhalb der Flossengrundrissfläche erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit ist im Anspruch 5 angegeben. Die Erfindung ist in der Zeichnung in Ausführungsbeispiele schematisch gezeigt und wird anhand dieser nachstehend erläutert. Es zeigen jeweils in der Ansicht Fig. 1 ein konventionelles Leitwerk, Fig. 2 ein Leitwerk kleiner Streckung, Fig 3a und b Leitwerke mit Einzelflügeln, Fig. 4a bis e Leitwerke mit Durchbrechungen, Fig. 5a und b Leitwerke mit perforierten Einzelflügeln und Fig. 6 ein Leitwerk mit gekippter Flügelanordnung. Fig. 1 zeigt das Heck 1 eines Flugkörpers mit einem konventionellen Leitwerk grosser Streckung. Die Flossen 2 weisen einen rechteckigen Grundriss mit der Spannweite b und der Tiefe 1 auf, wobei hier b = 3 1 ist. Daraus ergibt sich für die Streckung als Quadrat der Spannweite, dividiert durch die Grundrissfläche der Faktor 3. In Fig. 2 ist ein erfindungsgemässes Leitwerk gezeigt, bei dem die Streckung im Unterschied dazu klein ist. Unter klein wird hier eine Streckung kleiner als 1,5 verstanden. Bevorzugt ist sie kleiner als 1. Im gezeigten Falle beträgt sie bei b = 1 gerade 1. Bei dem in Fig. 32 gezeigten Leitwerk sind die Flossen 2 als Einzelflügel kleiner Streckung ausgebildet, die mit dem Rumpf 1 über jeweils einen Steg 3 verbunden sind. Die Flossen 2 sind in einem solchen Abstand a vom Rumpf 1 und damit ausserhalb der Kontur des Flugkörpers im Bereich seines Leitwerks angeordnet, dass sie in ihrer gesamten Erstreckung, d.h. auch mit ihrem inneren Ende 2' voll der Anströmung gemäss dem Pfeil A ausgesetzt sind. Die Strek kung ist hiebei b = 0,5 1 auf den Faktor 0,5 reduziert. Das Leitwerk entspricht ansonsten dem herkömmlichen Auf- bau, d.h. es besteht aus nindestens drei, vorzugsweise hier aber auch aus mehr als vier Flossen 2, welche in Fluge fest mit deJ Rumpf 1 verbunden sind. Blossemmi-¯e¯- kante und Rumpfhinterkante brauchen nicht in einer Ebene zu liegen. Bei Klappleitwerken kann die Halterung 3 in bekannter Weise dreh- und verriegelbar am Rumpf 1 befestig sein. Ein entsprechender Mechanismus kann auch an der Nahtstelle von Halterung 3 und Flosse 2 vorhanden sein. Aus aeroelastischen Gründen ist es von Vorteil, wenn die Halterung 3 so weit vorn an der Flosse 2 befestigt ist, dass diese durch die an sie angreifenden Auftriebs- und Widerstandskräfte unter entsprechender Verformung der Halterungen quasi mehr oder weniger in den Wind gedreht wird, d. h. ihr Anstellwinkel vermindert wird. Fig 3b, die ebenso wie die weiteren Figuren der Einfachheithalber nur noch eine Teilansicht der Leitwerke wiedergibt, zeigt eine mit zwei Haltestegen 3 am Rumpf 1 im Abstand a, d.h. unter Belassung des Spaltes oder Zwischen raumes 4 befestigte Flosse 2. -Bei der in Fig. 4a gezeigten Variante wird der Druckausgleich durch eine sich in axialer Richtung erstreckende Perforation 5 erreicht, die bevorzugt im Bereich des Flossen-Rumpf-Ubergangs angeordnet ist, jedoch auch in anderen Bereichen des Flossengrundrisses,wenn auch mit verringerter Wirkung, angeordnet werden kann. Durch diese sich über die ganze Tiefe der Flossen erstreckende Perforation wird in vorteilhafter Weise näherungsweise eine Aufteilung des Gesamtleitwerkes in Einzelflügel kleiner Streckung erreicht. Auf diese Weise können auch vorhandene konventionelle Leitwerke mit relativ geringem Aufwand abgeändert werden. Fig. 4b zeigt eine Version, bei der anstelle der Perforation nach Fig. 4a ein hinten offener Län-clitz 6 vore- sehen ist, der statt dessen aber auch von ctfen sein könnte oder gemäss Fig. 4c auch als an beiden Enden e- schlossener Schlitz 6' ausgeführt sein kann. Auch hier wird wieder eine näherungsweise Aufteilung in Einzelflügel kleiner Streckung erreicht, die auch auf vorhandene konventionelle Leitwerke anwendbar ist. Fig. 4d und e zeigen Varianten mit einer ähnlichen druckausgleichenden Wirkung, bei denen sich die schlitz- oder dreieckförmigen Ausnehmungen 7, 7' im wesentlichen quer zur Längsachse des Flugkörpers, d.h. in Spannweitenrich- tung der Flossen 2 erstrecken. Die verschiedenen Möglichkeiten des Druckausgleichs können auch miteinander kombiniert werden, wie die Fig. 5a und b mit Einzelflügeln 2, Stegen 3 und Perforationen 5 zeigen, wenn sich z.B. im Laufe der Auslegung eines Leitwertes zeigen sollte, dass die Ralterungen 3 den seitlichen Druckausgleich zu stark behindern. In Fig. 6 ist schliesslich noch ein Leitwerk mit nach vorn gedrehten Flossen 2 gezeigt, bei dem diese mit ihrer einen Ecke 8 starr am Rumpf 1 befestigt sein können. Dies entspricht Fig. 3a, wenn bei dieser ein gleitender tDergang zwischen Flosse 2 und Halterung 3 vorgesehen wird. Es ist aber auch eine Ausführung als Klappleitwerk mit dem Dreh Kipp-tager 9 möglich, bei dem in bekannter Weise die Flossen 2 zuerst um eine Achse parallel zur Flugkörper längsachse aufgeklappt und dann nach vorn, oder je nach Anordnung gegeoenenfalls auch nachlinten, gekippt werden. Damit erhält man ein auch im Hinblick auf die Abminderung der Leitwerkswirksamkeit durch den ,Abgasstrahl aerodynamisch zanstiffles Leitwerk. Die in den Fig. 2 bis 6 gezeigten Flossen besitzen einen rechteckigen Grundriss, was jedoch keine Notwendigkeit ist. Insbesondere bei Klappleitwerken können sich aus baulichen Gründen auch andere Grundrisse ergeben. Die erfindungsgemässe Wirkung der Leitwerk, die Reduzierung der Bodenwindempfindlichkeit, ändert sich dadurch nicht. Die gezeigten starren oder gleich beim Start aufklappenden e-rfindungsgemäBen Leitwerke ändern ihre Konfiguration der Einfachheithalber während des Fluges nicht Es sind aber auch kompliziertere Leitwerke mit einem den bekannten verspätet aufklappenden Leitwerken vergleichbaren Aufwand möglich, welche eine noch weitergehende Reduzierung der Bodenwindempfindlichkeit ermöglichen. So kann z.B. bei der in Fig. 3a gezeigten Variante die Flosse 2 um die Achse des Steges 3 federnd drehbar gelagert sein. Dadurch wird bei der Lage dieses Drehpunktes - in Flugrichtung betrachtet - vor dem Angriffspunkt der Auftriebskraft an der Flosse 2 deren Anstellwinkel kleiner als der des Rumpf es sein, was eine effektive Reduzierung der Wirksamkeit des Leitwerkes bedeutet. Ungelenkte Flugkörper sind so ausgelegt, dass sie zum Ausgleich von Asymmetrien rotieren. Die Drehgeschwindigkeit um die Längsachse steigt mit der Fluggeschwindigkeit an. Die Fliehkraft oder der Staudruck können dazu benutzt werden, bei höheren Machzahlen die Leitwerksflächen z.B. zu verriegeln. Entsprechend können Perforationen abgedichtet oder Leitwerksflossen z.B. bei einer Version nach Fig. 6 an den Rumpf gedreht werden, um mit ansteigender Fluggeschwindigkeit den stabilitätsreduzierenden Einfluss der kleinen Streckung verstärkt zu reduzieren oder ge gebenenfalls auch ganz zu beseitigen.

Claims: Patentansprüche: 1. Feststehendes oder aufklappendes Leitwerk für gelenkte oder umgelenkte tJ'berschallflugkörper, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Flossen (2) des Leitwerkes zur Verminderung ihrer Wirksamkeit insbe sondere zu Beginn der Flugphase derart ausgebildet sind, dass ein verstärkter Druckausgleich zwischen ihrer Ober- und Unterseite möglich ist. 2. Leitwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flossen (2) eine kleine Streckung, insbesondere eine Streckung kleiner als 1, aufweisen. 3. Leitwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Flossen (2) als separate, unabhängig von einander wirkende Flügel ausgebildet sind, die unter belassung eines ausserhalb der Kontur des Flugkörpers liegenden Zwischenraumes (4) im Abstand vom Fluz- körperrumpf (1) angeordnet und mit diesem über wenig stens einen den Zwischenraum (4) überbrückenden Steg (3) verbunden sind. 4. Leitwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- neç, dass die Flossen (2) ausserhalb der Kontur des Flugkörpers und vorzugsweise im Bereich ihres dem Flugkörper zugewandten Endes mit schlitzförmigen Aus nehmungen (6, 6') versehen sind. 5. Leitwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Flossen (2) gekippt angeordnet und nur an einer Ecke (a) mit dem Rumpf (1) des Flugkörpers ver bunden sind.

Inventors: DIESINGER, WALTER, PROF. DR.
Applicants: DYNAMIT NOBEL AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: F42B13
IPC codes: F42B10