Schubdüsensystem

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Schubdüsensystem gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Derartige Schubdüsensystme werden überall dort verwendet, wo mit Hilfe eines Gasstrahles eine Schubkraft in einer bestimmten Richtung aufgebracht werden soll. Ein Beispiel hierfür ist in der DE-A-2809281 beschrieben. Diese Druckschrift betrifft eine Steuervorrichtung für ein Geschoss mit Eigendrehung. Das Geschoss weist hierbei eine Vielzahl von kleinen Impulsgebern in Form von Miniaturtriebwerken auf, die vor dem Schwerpunkt des Geschosses um den Umfang des Geschosses verteilt angeordnet sind. Für die Miniaturtriebwerke ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, durch die diese Triebwerke in einer vorgegebenen oder variablen Richtung mit einer vorgegebenen oder variablen Frequenz entsprechend einem Steuergesetz oder dergleichen ausgelöst werden. Ein derartiges Miniaturtriebwerk bzw. eine Kombination von mehreren Triebwerken wird je nach der gewünschten Richtung der Schubkraft bei einer bestimmten Drehlage des Geschosses für eine gewisse Zeit eingeschaltet, so dass auf das Geschoss eine Lenkkraft ausgeübt wird. Ein derartiges Schubdüsensystem kann vorteilhaft insbesondere bei schnellfliegenden Geschossen mit kurzer Flugdauer verwendet werden. Durch die Anordnung des Schubdüsensystemes in der Nähe des Buges des Geschosses können auch mit kleinen Schubkräften hohe Lenkkräfte vermittelt werden. Schubhöhe und Schubdauer sind von vorneherein fixiert, d.h. der Schubimpuls ist fixiert.

[0003] Aus der US-A-4192 567 ist ein vom Luftstrom gespeister und getriebener Drehdüsenkörper mit Rotationsübertragung durch eine elektrische Kupplung bekannt.

[0004] Gleichwohl sind die in diesen Druckschriften angegebenen Systeme konstruktiv recht aufwendig und kompliziert. Hiermit werden Grenzen für eine mögliche Miniaturisierung gesetzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schubdüsensystem der in Rede stehenden Art konstruktiv zu vereinfachen, so dass das gesamte System auch in hoher Miniaturisierung gebaut werden kann. Ausserdem soll das Schubdüsensystem ohne merkliche Trägheit mit flexiblem Schubimpuls, d.h. mit variierbarer Schubstärke und Schubdauer, angesteuert werden können.

[0005] Diese Aufgabe ist gemäss der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0006] Gemäss diesen Merkmalen weist das Schubdüsensystem einen einzigen Drehdüsenkörper mit zumindest einer Schubdüse auf, der durch eine Treibmittelquelle, wie eine Gasquelle, z.B. einen separaten Gasgenerator, oder bei Flugkörpern durch Abzweigung von Triebwerksgasen angetrieben wird. Dieser Gasstrahl wird vorzugsweise gleichzeitig als Schubstrahl verwendet. Der Drehdüsenkörper rotiert mit sehr hoher Geschwindigkeit und wird wegen seines kleinen Trägheitsmomentes zu Beginn der Bewegung auch sehr stark beschleunigt. Die Richtungssteuerung des Schubstrahles erfolgt dadurch, dass der Drehdüsenkörper durch geeignete Einrichtungen abgebremst wird, so dass die relative Drehung zwischen dem Drehdüsenkörper und dem Gehäuse dadurch geändert wird. Wird die Bremseinrichtung gelöst, so wird der Drehdüsenkörper durch das sehr kleine Trägheitsmoment praktisch unverzüglich wieder auf die ursprüngliche Drehzahl beschleunigt.

[0007] Durch die Konstruktion kann das Schubdüsensystem gemäss der Erfindung wesentlich kleiner bauend sein als bisher bekannte Einrichtungen dieser Art. Hiermit ergibt sich z.B. eine Anwendung als Steuersystem bei schnellfliegenden rotierenden oder nicht rotierenden Granaten kleinen Kalibers. Ebenso kann ein Schubdüsensystem gemäss der Erfindung im Rahmen eines Sekundäreinspritzsystems benutzt werden. Je nach Stellung des Drehdüsenkörpers wird in den Triebwerksstrahl eines Haupttriebwerks über die Drehdüse Treibstoff oder ein Treibgas eingespritzt, während in einer anderen Stellung die Schubkraft des Schubdüsensystems z.B. selbst zur Quer- oder Drehbeschleunigung des zu steuernden Körpers oder zur Unterstützung der Vorwärtsbewegung des Körpers dient. Eine weitere Möglichkeit der Anwendung ist z.B. die Ansteuerung von an sich bekannten Drehmotoren mit Freikolben, bei denen die Freikolben von dem Schubstrahl eines Schubdüsensystems gemäss der Erfindung beaufschlagt werden. Ein derartiger Drehmotor hat den Vorteil einer hohen Untersetzung und den Vorteil einer schnellen Umschaltung aufgrund der geringen Trägheit des Schubdüsensystems. Die für das Schubdüsensystem benötigte Bremseinrichtung kann je nach dem Anwendungsfall unterschiedlich aufgebaut sein. Üblicherweise wird man ein schnell wirkendes Bremssystem verwenden, um die kleine Trägheit des Schubdüsensystems auszunutzen. Hier bieten sich mechanische oder auch elektromagnetische Kupplungen oder dergleichen an. Die Steuereinrichtung kann von einem Sensor gesteuert werden, so z.B. bei einem Flugkörper, der die Ablage des Flugkörpers von einem Sollkurs misst und entsprechende Kommandos an das Schubdüsensysystem bzw. dessen Bremseinrichtung liefert; ausserdem können die Strömungs- und Druckverhältnisse innerhalb des Düsensystems zur Unerstützung der Steuerung ausgenutzt werden. Die letztere Möglichkeit bietet sich z.B. für den erwähnten Drehmotor an, bei dem der Drehdüsenkörper weitergeschaltet wird, wenn der jeweilige Kolbenraum des gerade beaufschlagten Freikolbens mit Treibgas gefüllt ist.

[0008] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Die Erfindung ist anhand der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Figur 1 einen Querschnitt durch die Spitze eines Geschosses mit einem Schubdüsensystem gemäss der Erfindung zur Geschosslenkung;

Figuren 2a und 2b einen Querschnitt durch ein Schubdüsensystem entsprechend dem Schnitt A-A in Figur 1 in zwei Stellungen;

Figuren 3a und 3b einen der Figur 2 entsprechenden Schnitt für ein abgeändertes Ausführungsbeispiel eines Schubdüsensystemes;

Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schubdüsensystemes mit mehreren Schubdüsen, das für ein Sekundär-Injektionssystem ausgenutzt werden kann;

Figuren 5a und 5b ein Schubdüsensystem gemäss der Erfindung mit einer Schwingdüse in zwei Stellungen, wobei dieses Schubdüsensystem auch für ein Sekundär-Injektionssystem verwendet werden kann;

Figur 6 einen Teilquerschnitt durch einen Miniatur-Heissgasmotor mit einem Schubdüsensystem gemäss der Erfindung.

[0009] In den Figuren sind für gleiche oder für gleich wirkende Elemente jeweils die gleichen Bezugsziffern verwendet, denen jedoch, durch einen Gedankenstrich getrennt, die jeweilige Nummer des Ausführungsbeispieles hinzugefügt ist.

[0010] In Figur 1 ist - teilweise geschnitten - die Spitze eines Geschosses 1-1 dargestellt, das mit einem Schubdüsensystem 2-1 zur Lenkung des Geschosses ausgerüstet ist. Dieses Schubdüsensystem weist in der Spitze des Geschosses einen Drehdüsenkörper 3-1 auf, der in einer zentralen Bohrung 4-1 um die Längsachse 5-1 des Geschosses drehbar gelagert ist. In dem hier dargestellten Falle ist der Drehdüsenkörper lediglich am oberen Ende durch eine Kugellageranordnung 6-1 eingespannt. Am hier nicht dargestellten unteren Ende der zentralen Bohrung ist - ebenfalls nicht gezeigt - eine Gasquelle, z.B. ein Gasgenerator angeordnet, dessen Gasstrom in Richtung auf den Drehdüsenkörper 3-1 strömt, wie dieses durch den Pfeil P angedeutet ist. Der Drehdüsenkörper 3-weist einen unteren zylindrischen Teil 7-1 auf, der etwa die lichte Weite der zentralen Bohrung 4-1 hat, und einem oberen Halsteil 8-1, an dem der Drehdüsenkörper mit Hilfe der Kugellageranordnung 6-1 gehalten ist. In dem zylindrischen Teil 7-1 ist eine Längsbohrung 9-1 vorgesehen, die in einem rechten Winkel in eine nach aussen führende azentrische Bohrung 10-1 übergeht, die als Schubdüse dient. Die Schubdüse ist längs einer nicht durch die Drehachse 5-1 gehenden Sehne ausgerichtet. Von der zentralen Bohrung 4-1 führen im Bereich der Schubdüse 10-1 in der Geschosswand angeordnete, in diesem Falle drei Ausblasöffnungen 11-1 ins Freie. Wenn Schubdüse 10-1 und eine der Ausblasöffnungen 11-1 miteinander kommunizieren, so wird der von der Gasquelle gelieferte Gasstrahl nach aussen, in Figur 1 etwa horizontal in Richtung des Pfeiles P1 gelenkt. Dieser Schubstrahl stützt sich auf der hier mit 12-1 bezeichneten rückwärtigen Wand der Schubdüse 10-1 ab, so dass auf das Geschoss eine Kraft entgegengesetzt zu dem Pfeil P1 ausgeübt wird. Gleichzeitig wird der Drehdüsenkörper durch die azentrische Schubdüse mit hoher Geschwindigkeit um die Drehachse gedreht.

[0011] Am oberen Ende des Halsteiles 8-1 ist eine Bremsscheibe 13-1 montiert, die mit Hilfe einer hier nur angedeuteten, kupplungsartigen Bremseinrichtung 14-1 arretiert werden kann. Hierzu wird die Bremsscheibe 13-1 zwischen zwei auf gegenüberliegenden Seiten liegenden Reibscheiben 15-1 eingeklemmt. Die Bremseinrichtung wird von einer hier nicht dargestellten Steuereinrichtung bzw. Sensoreinrichtung gesteuert. Wird die Bremsscheibe 13-1 angehalten, so wird gleichzeitig mit ihr auch der fest verbundene Drehdüsenkörper 3-1 arretiert.

[0012] Wie aus den Figuren 2a und 2b hervorgeht, reichen die Ausblasöffnungen 11-1 jeweils über einen relativ grossen Winkel von nahezu 90° und sind voneinander durch Trennleisten 16-1 getrennt. Die der Schubdüse 10-1 zugewandten Flächen der Trennleisten sind als ebene Prallflächen 17-1 ausgebildet. Zwischen jeder Prallfläche 17-1 und der Drehdüse 3-1 verbleibt jedoch ein Zwischenraum 19-1.

[0013] Die Wirkungsweise des beschriebenen Schubdüsensystems sei zunächst anhand der Figuren 2a und 2b erläutert. Durch die azentrische Anordnung der Schubdüse 10-1 wird durch den in Figur 2a angedeuteten Schubstrahl 18-1 auf die Drehdüse ein Drehmoment ausgeübt, wodurch diese in Pfeilrichtung, in diesem Falle im Uhrzeigersinn in Drehung versetzt wird. Durch die geringe Masse der Drehdüse kann die Drehgeschwindigkeit entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des Gases P aus der Gasquelle entsprechend hoch sein. Es sei angenommen, dass das Geschoss nicht rotiert. Läuft die Drehdüse frei, so überstreicht der Schubstrahl 18-1 mit hoher Geschwindigkeit abwechelnd die Ausblasöffnungen 11-1 und die Trennleisten 16-1. Ist die Rotationsgeschwindigkeit der Drehdüse ausreichend schnell, so würde dieses im Mittel einem Null- kommando entsprechen. Ein Nullkommando kann jedoch auch erreicht werden, indem entsprechend Figur 2b die Drehdüse 3-1 mit Hilfe der Bremseinrichtung 14-1 in einer Stellung gehalten wird, in der der Schubstrahl 18-1 auf eine Prallfläche 17-1 einer der Trennleisten 16-1 prallt. Der Schubstrahl wird dann bei exakter Drehstellung der Düse in zwei Anteile aufgespalten, die in entgegengesetzte Richtungen weisen, wie durch die Pfeile in Figur 2b angedeutet, so dass die Resultierende Null ist. Im weiteren kann ein Null-Kommando dadurch gebildet werden, dass sich durch entsprechende Gestaltung der Trennleisten zwischen den Ausblasöffnungen die Schubkräfte auf alle Ausblasöffnungen gleichmässig verteilen. Eine weitere Möglichkeit zur Bildung eines Null-Kommandos besteht darin, dass im Bereich der Trennleisten ein Ablenkteil für den Schubstrahl vorgesehen wird, der von diesem z.B. in eine Ringleitung geleitet wird. Die Ringleitung hat dann über den gesamten Umfang verteilt Ausblasöffnungen. Zusätzliche Verbindungen zu den vorhandenen Ausblasöffnungen können vorgesehen sein. Hier steigt zwar der konstruktive Aufwand, jedoch kann dies in gewissen Fällen gerechtfertigt sein, wenn eine hohe Symmetrie der Schubverteilung gewünscht wird.

[0014] Soll auf den nicht rotierenden Flugkörper eine Kraft in einer bestimmten Richtung ausgeübt werden, so wird, z.B. entsprechend Figur 2a, die Drehdüse mit Hilfe der Bremseinrichtung 14-1 in einer Stellung festgehalten, in der der Schubstrahl 18-1 durch eine der Ausblasöffnungen 11-1 entgegengesetzt zur gewünschten Richtung weist. Wird eine andere Richtung gewünscht, so wird die Bremseinrichtung 14-1 gelöst und erst dann wieder betätigt, wenn der Schubstrahl in die neue Richtung weist. Für die Lenkung eines Geschosses ist es zweckmässig, wenn dieses selbst entgegengesetzt zu der Drehdüse 3-1 rotiert. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Übergangszeit zwischen einem Vollkommando gemäss Figur 2a zu einem Nullkommando gemäss Figur 2b verkleinert wird. Für den Umfangswinkel der Ausblasöffnungen 11-1 gilt die Überlegung, dass bei breiten Ausblasöffnungen der Gasstrom der Gasquelle, also etwa eines Gasgenerators, für ein definiertes Vollkommando entsprechend Figur 2a sehr gut ausgenutzt wird. Sind die Ausblasöffnungen nur schmal, so wird der Gasgenerator wesentlich geringer ausgenutzt, da der Schubstrahl über einen grossen Umfangswinkel nicht in das Freie austritt, sondern auf Prallflächen auftritt. Bei grossen Ausblasöffnungen ist andererseits die Übergangszeit von einem Vollkommando zu einem Nullkommando grösser als bei kleinen Ausgangsöffnungen. Hier muss eine Optimierung erfolgen: Für den Fall einer optimalen Ausnutzung der Gasquelle bei einer Geschosslenkung sollen Drehdüse und Geschoss entgegengesetzt rotieren und die Ausblasöffnungen recht gross gewählt werden. Trotz der Rotation des Flugkörpers kann dann der Schubstrahl ohne grössere Steuerung lange in einer definierten Richtung gehalten werden, ohne auf Trennleisten zu treffen. Für den Fall möglichst kurzer Schubimpulse und schneller Richtungswechsel werden die Ausblasöffnungen klein gehalten und Geschoss und Drehdüsenkörper rotieren z.B. gleichsinnig. In den Figuren 3a und 3b ist ebenfalls für den Fall einer Geschosslenkung ein den Figuren 2a und 2b entsprechender Querschnitt durch ein Schubdüsensystem 2-2 gezeigt. Die prinzipielle Anordnung des Schubdüsensystems innerhalb des Geschosses gleicht dem in Figur 1 gezeigten. Eine Drehdüse 3-2 mit einer azentrischen Schubdüse 10-2 ist in dem Geschoss 1-2 gelagert. Um den Umfang des Geschosses sind verteilt wiederum drei Ausblasöffnungen 11-2 vorgesehen, die jeweils einen Umfangswinkel von etwa 90° überdecken. Die Ausblasöffnungen 11-2 sind durch Trennleisten 16-2 getrennt. Die dem Drehdüsenkörper 3-1 zugewandte Wand der Trennleisten ist als im Querschnitt etwa nasenförmiger Trennkörper mit einer in Richtung auf die Schubdüse 10-2 weisenden Nase 20-2 ausgebildet, von der sich die Wände 21-2 bogenförmig bis zum Rand der Trennleiste 16-2 erstrecken. Diese nasenförmigen Trennkörper dienen dazu, den Schubstrahl 18-2 über den gesamten von einer Ausblasöffnung 11-2 überstrichenen Winkelsektor in eine relativ homogene Richtung zu lenken, d.h. ihn möglichst lange in einer definierten Richtung zu halten, wie dieses aus den Figuren 3a und 3b hervorgeht. In Figur 3a liegt der Schubstrahl 18-2 an der in der Figur linken unteren Trennleiste 16-2 an und strömt durch die linke Ausblasöffnung mit einer durch den Pfeil angedeuteten etwa horizontalen Richtung. Nur ein kleiner Teil des Schubstrahles wird durch die Nase 20-2 der Trennleiste 16-2 noch in die daneben liegende untere Ausgangsöffnung 11-2 gelenkt. Rotiert der Drehdüsenkörper 3-2 weiter, so bleibt, wenn sich der Schubstrahl 18-2 von der Wand 21-2 der Trennleiste löst, die Ausblasrichtung etwa gleich. Trifft der Schubstrahl auf die Wand 21-2 der folgenden Trennleiste 16-2, so wird der Schubstrahl durch diese Wand wiederum in eine etwa parallele Ausblasrichtung umgelenkt und in dieser Ausblasrichtung so lange gehalten, bis der Schubstrahl in die nächste Ausblasöffnung umgelenkt wird. Ein Null-Kommando kann mit dieser Anordnung dadurch erzielt werden, dass der Schubstrahl exakt durch die Nase einer Trennleiste geteilt wird. Selbstverständlich sind auch die anderen oben angegebenen Möglichkeiten denkbar.

[0015] In Figur 4 ist wiederum ein den Figuren 2 und 3 entsprechender Querschnitt durch die Spitze eines Geschosses 1-3 mit einem Schubdüsensystem 2-3 dargestellt. Das Schubdüsensystem weist eine Drehdüse 3-3 auf, in der jetzt drei winkelmässig versetzte Schubdüsen 10a-3, 10b-3 und 10c-3 vorgesehen sind. Ausserdem sind vier schmale Ausblasöffnungen 11-3 vorgesehen, die winkelmässig in Verlängerung der Schubdüsen 1-3 ausgerichtet sind. Die Anordnung der Schubdüsen und der Ausblasöffnungen ist gemäss Figur 4 so, dass wenn eine der Schubdüsen, in diesem Falle die Schubdüse 10a-3 gegenüber einer Ausblasöffnung 11-3 steht, die beiden anderen Schubdüsen auf die Trennleisten 16-3 zwischen den Ausblasöffnungen 11-3 treffen. Ausserdem ist im Gegensatz zu den beiden obigen Ausführungsbeispielen zwischen dem Austritt der Schubdüse aus dem Drehdüsenkörper und der Trennleiste kein Zwischenraum vorgesehen, so dass bei der Ausführungsform gemäss Figur 4 praktisch nur aus der Schubdüse 10a-3 Gas austritt, während der Gasaustritt aus den anderen Schubdüsen 10b-3 und 10c-3 nahezu unterbunden ist.

[0016] Ein Schubdüsensystem 2-3 gemäss Figur 4 hat den Vorteil schneller Schaltzeiten, da z.B. in dem dargestellten Fall der Drehdüsenkörper nur um etwa 30° gedreht werden muss, damit die Schubdüse 10b-3 der nächsten Ausblasöffnung 11-3 gegenüberliegt. Bei dieser Ausführungsform muss jedoch aufgrund des fehlenden Zwischenraumes zwischen dem Drehdüsenkörper und den Innenwänden der Trennleisten 16-3 immer eine der Schubdüsen mit einer der Ausblasöffnungen kommunizieren, damit die Rotation des Drehdüsenkörpers 3-3 aufrechterhalten werden kann. Diese Ausführungsform ist ein Schubdüsensystem ohne Nullstellung, so dass ein Nullkommando lediglich durch schnelles Freilaufen des Drehdüsenkörpers 3-3 erzielt werden kann. Selbstverständlich könnte auch bei dieser Ausführungsform zwischen dem Drehdüsenkörper 3-3 und den Trennleisten 16-3 ein Zwischenraum vorgesehen werden. In diesem Falle braucht die Bedingung, dass immer eine der Schubdüsen mit einer der Ausblasöffnungen kommuniziert, nicht eingehalten werden. Nachteilig ist jedoch, dass dann der Gasverbrauch durch die drei Schubdüsen stark ansteigt.

[0017] Wird das Schubdüsensystem gemäss Figur 4 mit einem flüssigen Treibmittel betrieben, so kann es z.B. in einem Sekundär-Injektionssystem verwendet werden, wobei eine oder mehrere Ausblasöffnungen seitlich in die Triebwerksdüse Treibmittel injizieren.

[0018] In den Figuren 5a und 5b ist ein Schubdüsensystem 2-4 zur Lenkung eines Geschosses 1-4 dargestellt, das wie die obigen beschriebenen Ausführungsformen in der Spitze eines Geschosses entsprechend Figur 1 eingebaut ist. Dargestellt ist wiederum nur ein Querschnitt entsprechend der Schnittlinie A-A in Figur 1.

[0019] Anstatt des oben verwendeten, ständig in einer Richtung rotierenden Drehdüsenkörpers 3 wird hier ein Schwingdüsenkörper 3'-4 vorgesehen mit zwei azentrischen und gegeneinander gerichteten Schubdüsen 10a-4 und 10b-4. Den beiden Schubdüsen 10a-4 und 10b-4 sind zwei schmale Ausblasöffnungen 11a-4 bzw. 11b-4 zugeordnet. In der einen Stellung des Schwingdüsenkörpers 3-4 kommuniziert die Schubdüse 10a-4 mit der Ausblasöffnung 11a-4, während in der anderen, in Figur 5b gezeigten, Stellung die Schubdüse 10b-4 mit der Ausblasöffnung 11b-4 kommuniziert. Die jeweiligen Strahlrichtungen und die damit auf das Geschoss 1-4 wirkenden Kräfte Fa bzw. Fb sind in den Figuren dargestellt. Ebenso sind dargestellt die jeweiligen Hebelarme r_. bzw. r_b in bezug zu der Rotationsachse 5-4 der Schwingdüse, die mit der Längsachse des Geschosses zusammenfällt. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass in der Stellung gemäss Figur 5a auf den Schwingdüsenkörper 3'-4 Drehmoment im Uhrzeigersinn, in der Stellung entsprechend Figur 5b ein Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn ausgeübt wird. Der Schwingdüsenkörper pendelt ständig zwischen diesen beiden Stellungen hin und her. Um die Schwingung aufrecht zu erhalten, muss entweder, entsprechend dem Unruheprinzip bei einer Uhr oder einem FederMasse-System, die Schwingung in der Nähe der Umkehrpunkte, z.B. mit Hilfe von Magnetkräften angehalten werden oder es müssen künstliche Totzeiten in das System eingeführt werden.

[0020] Die Schwingung kann zur Steuerung der Schwingdüsenanordnung durch eine hier nicht gezeigte Bremseinrichtung angehalten werden. Um auf das Geschoss Lenkkräfte in beliebigen Richtungen ausüben zu können, ist es notwendig, dass das Geschoss 1-4 rotiert; in den Figuren ist eine, durch einen Pfeil angedeutete Rotation im Gegenuhrzeigersinn um die Geschosslängsachse 5-4 angenommen.

[0021] Ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 4 ist zwischen der jeweils verschlossenen Schubdüse, in Figur 5a der Schubdüse 10b-4, und der Geschosswand kein wesentlicher Zwischenraum vorhanden, um Gas aus der Gasquelle, z.B. dem Gasgenerator nicht unnötig zu verschwenden.

[0022] Auch dieses Schubdüsensystem kann für ein Sekundär-Injektionssystem bei einem Flugkörper verwendet werden. Dann ist z.B. die Ausblasöffnung 11a-4 eine Öffnung in der seitlichen Triebwerksdüsenwand zur Injizierung von Sekundärtreibmittel, während die andere Ausblasöffnung 11b-4 ins Freie führt und der hier durchgeleitete Schubstrahl zur Unterstützung der Flugkörperbeschleunigung in anderer, z.B. entgegengesetzter Richtung dient. Die Ausblasöffnung 11 b-4 kann auch zum Heck des Flugkörpers gelenkt sein, um den Vorwärtsschub des Flugkörpers zu unterstützen.

[0023] In Figur 6 ist ein Teilquerschnitt durch einen Miniatur-Heissgasmotor 30-5 dargestellt, der mit einem Schubdüsensystem 2-5 der beschriebenen Art arbeitet. Das Wirkungsprinzip derartiger Motoren ist bekannt. Auf einen Abtriebring 31-5 mit einer inneren Steuerkurve 32-5 wirken Kugeln 33-5, die auf der Steuerkurve abrollen. Die Kugeln werden durch Kolben, in diesem Falle Freikolben, 34-5 bewegt. Üblicherweise wird ein derartiger Motor hydraulisch betätigt. In diesem Fall ist zentrisch in dem Motor ein Drehdüsenkörper 3-5 entsprechend dem in Figur 2 gezeigten angeordnet. Der Drehdüsenkörper 3-5 mit einer azentrischen Schubdüse 10-5 wird von einem hier nicht gezeigten Gasgenerator in schnelle Rotation im Uhrzeigersinn versetzt. Eine hier nicht gezeigte Bremseinrichtung entsprechend der obigen Bremseinrichtung 14-1 dient dazu, den Drehdüsenkörper 3-5 in einer definierten Stellung zu halten.

[0024] Wie in Figur 6 dargestellt, wird der Drehdüsenkörper 3-5 durch die hier nicht gezeigte Bremseinrichtung so gehalten, dass der Schubstrahl 18-5 auf einen Freikolben 34-5 trifft. Hierdurch wird die davor gelagerte Kugel 33-5 gegen die Steuerkurve 32-5 des Abtriebringes 31-5 gedrückt, wodurch der Abtriebring in eine Drehung im Uhrzeigersinn versetzt wird. Wenn der entsprechende Steuerkurvenabschnitt für diese Kugel durchlaufen ist, wird der Drehdüsenkörper 3-5 freigelassen und erst wieder arretiert, wenn der Schubstrahl 18-5 auf den nächsten Freikolben trifft. Hiermit kann eine kontinuierliche, untersetzte Drehung des Abriebrings erzielt werden. Zum Abströmen der Gase sind in dem Motor Auslasskanäle 35-5 vorgesehen.

[0025] Ein derartiger Motor kann durch die Strömungsverhältnisse bei der Bewegung unterstützt werden. Wenn der Schubstrahl auf einen Freikolben trifft, wird gleichzeitig die Kolbenkammer mit Gas angefüllt. Sobald die Kolbenkammer voll ist, ergibt sich ein Rückstau, der durch entsprechende Ausgestaltung des Drehdüsenkörpers dazu ausgenutzt werden kann, diesen weiter zu drehen, bis der Schubstrahl in die nächste Kolbenkammer eintritt. Eine derartige Möglichkeit wird z.B. dann gegeben, wenn der Drehdüsenkörper mit einem einseitig tangential angeordneten Prallblech parallel zu dem Austritt des Schubstrahles 18-5 ausgerüstet wird. In diesem Falle könnte sogar die Schubdüse direkt radial angeordnet werden, da dann das für den Antrieb des Drehdüsenkörpers 3-5 benötigte Drehmoment über das azentrische Prallblech aufgebracht wird.

[0026] Das beschriebene Schubdüsensystem hat durch die geringe Trägheit des Drehdüsenkörpers bzw. Schwindüsenkörpers den Vorteil sehr kleiner Schaltzeiten und durch die einfache Konstruktion den Vorteil einer hohen Miniaturisierbarkeit. Diese Vorteile wiegen den Nachteil des relativ kleinen Wirkungsgrades in vielen Fällen, z.B. der erwähnten Lenkung von Geschossen kleinen Kalibers auf. Auch wenn in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen nicht erwähnt, so ist es selbstverständlich möglich, den Antrieb des Drehdüsen- bzw. Schwingdüsenkörpers nicht mit der Schubdüse zu kombinieren; vielmehr ist es möglich, Antrieb und Schubkraft an verschiedenen Stellen des Düsenkörpers zu erzeugen. So kann der Antrieb z.B. über eine azentrische Düse erfolgen, während der Schub über eine direkt radiale Düse aufgebracht wird. Ebenso kann das Schubdüsensystem etwa zur Lenkung von Unterwassertorpedos oder dergleichen verwendet werden.

Ansprüche

1. Schubdüsensystem mit einer in einem Gehäuse angeordneten, von einer Treibmittelquelle versorgten Düsenanordnung, zumindest einer im Gehäuse vorgesehenen Ausblasöffnung sowie mit einer Steuerung zum Lenken eines Schubstrahles der Düsenanordnung durch die Ausblasöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubdüsensystem (2) einen Drehdüsenkörper (3) aufweist, der von dem Treibmittelstrom der Treibmittelquelle (P) angetrieben relativ zu dem Gehäuse (1) drehbar ist, und mindestens eine von der Treibmittelquelle versorgte, in Ausblasrichtung weisende, Schubdüse (10) aufweist, und dass eine Bremseinrichtung (14) für den Drehdüsenkörper (3) vorgesehen ist.

2. Schubdüsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehdüsenkörper (3) um eine Achse (5) etwa senkrecht zu den Ausblasrichtungen (18) drehbar ist.

3. Schubdüsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehdüsenkörper zumindest eine Schubdüse (10) aufweist, deren Schubrichtung nicht durch die Drehachse (5) des Drehdüsenkörpers (3) verläuft (azentrische Schubdüse).

4. Schubdüsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblasöffnungen (11) voneinander durch Trennleisten (16) getrennt sind.

5. Schubdüsensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Drehdüsenkörper (3) zugewandten Wände (17, 19) der Trennleisten (16) als Strahlteiler ausgebildet sind.

6. Schubdüsensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Drehdüsenkörper (3-1) zugewandten Wände der Trennleisten (16-1) als Prallflächen (17-1) ausgebildet sind.

7. Schubdüsensystem nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die dem Drehdüsenkörper (3-2) zugewandten Wände der Trennleisten (16-2) als im Profil nasenförmige Strahlteiler (19,20) ausgebildet sind.

8. Schubdüsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehdüsenkörper (3'-4) zwei entgegengerichtete azentrische Schubdüsen (10a-4, 10b-4) aufweist, und dass jeder Schubdüse in den jeweiligen Endstellungen des Drehdüsenkörpers (3-4) eine Ausblasöffnung (11a-4, 11b-4) zugeordnet ist.

9. Schubdüsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (14) für den Drehdüsenkörper nach Art einer Reibkupplung (13, 15) ausgebildet ist.

Claims

1. A thrust nozzle system having a nozzle arrangement which is arranged in a housing and which is supplied from a source of propellant, at least one blow-out aperture provided in the housing as well as having a control for directing a thrust jet of the nozzle arrangement through the blow-out aperture, characterised in that the thrust nozzle system (2) has a rotary nozzle body (3) which, driven by the flow of propellant of the source of propellant (P), is rotatable relative to the housing (1) and has at least one thrust nozzle (10) which is supplied from the source of propellant and which points in the blow-out direction, and in that a braking device (14) for the rotary nozzle body (3) is provided.

2. A thrust nozzle system according to claim 1, characterised in that the rotary nozzle body (3) is rotatable about an axis (5) approximately perpendicularly to the blow-out directions (18).

3. A thrust nozzle system according to one of the preceding claims, characterised in that the rotary nozzle body has at least one thrust nozzle

(10) the direction of thrust of which does not extend through the axis of rotation (5) of the rotary nozzle body (3) (acentric thrust nozzle).

4. A thrust nozzle system according to one of the preceding claims, characterised in that the blow-out apertures (11) are separated from one another by separating ridges (16)

5. A thrust nozzle system according to claim 4, characterised in that the walls (17, 19), facing the rotary nozzle body (1), of the separating ridges (16) are designed as jet splitters.

6. A thrust nozzle system according to claim 5, characterised in that the walls, facing the rotary nozzle body (3-1), of the separating ridges (16-1) are designed as rebound surfaces (17-1).

7. A thrust nozzle system according to claim 5, characterised in that the walls, facing the rotary nozzle body (3-2), of the separating ridges (16-2) are designed as jet splitters (19, 20) which are nose-shaped in profile.

8. A thrust nozzle system according to one of claims 1 to 4, characterised in that the rotary nozzle body (3'-4) has two oppositely-directed acentric thrust nozzles (10a-4, 10b-4), and in that a blow-out aperture (11a-4, 11b-4) is associated with each thrust nozzle in the respective end positions of the rotary nozzel body (3-4).

9. A thrust nozzle system according to one of the preceding claims, characterised in that the braking device (14) for the rotary nozzle body is designed in the manner of a friction clutch (13, 15).

Revendications

1. Système de tuyères de poussée comprenant un ensemble de tuyères, installé dans un carter et alimenté par une source de propergol, au moins une ouverture d'éjection prévue dans le carter ainsi qu'une commande pour diriger un jet de poussée de l'ensemble des tuyères à travers l'ouverture d'éjection, caractérisé par le fait que le système de tuyères de poussée (2) comporte un corps rotatif (3) qui est entraîné en rotation par rapport au carter (1) par le flux de propergol de la source (P) et qui est muni d'au moins une tuyère de poussée (10) orientée dans le sens de l'éjection et alimentée par la source de propergol, et qu'il est prévu un dispositif de freinage (14) pour le corps rotatif (3).

2. Système de tuyères de poussée selon la revendication 1, caractérisé par!efaitque)e corps rotatif (3) est mobile en rotation autour d'un axe (5) sensiblement perpendiculaire au sens (18) des éjections.

3. Système de tuyères de poussée selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps rotatif comprend au moins une tuyère (10) dont le sens de la poussée ne passe pas par l'axe de rotation (5) du corps rotatif (3) (tuyère de poussée excentrique).

4. Système de tuyères de poussée selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les ouvertures d'éjection (11) sont séparées les unes des autres par des nervures de séparation (16).

5. Système de tuyères de poussée selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les parois (17, 19), tournées du côté du corps rotatif (3), des nervures de séparation (16), sont réalisées sous la forme de diviseurs de jet.

6. Système de tuyères de poussée selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les parois, tournées du côté du corps rotatif (3-1), des nervures de séparation (16-1), sont réalisées sous la forme de surfaces de rebondissement (17-1).

7. Système de tuyères de poussée selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les parois, tournées du côté du corps rotatif (3-2), des nervures de séparation (16-2), sont réalisées sous la forme de diviseurs de jet (19, 20) à profil en forme de talon.

8. Système de tuyères de poussée selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le corps rotatif (3'-4) comporte deux tuyères de poussée (10a-4, 10b-4) excentriques et dirigées en sens contraire, et qu'à chaque tuyère est associée une ouverture d'éjection (11a-4, 11b-4) dans les positions finales à chaque fois considérées du corps rotatif (3-4).

9. Système de tuyères de poussée selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de freinage (14) pour le corps rotatif est réalisé à la manière d'un accouplement à friction (13, 15).

Zeichnung