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R.2. Raketentechnik

R.2.3. Steuerung und Stabilisierung

Eine Rakete benötigt wie ein Auto eine Lenkung, um die Richtung der Vorwärtsbewegung zu kontrollieren und das Objekt sowohl innerhalb der Erdatmosphäre als auch im Weltraum zu steuern.

Bereits in den 1920er Jahren wurden Leitwerke zur Flugstabilisierung und Steuerungssysteme für mit Rückstoß angetriebene Raketen vorgeschlagen (OBE23, NOO29, SAE33, OBE29). Auch wurde bereits die bei der Rückkehr zur Erde auftretende Widerstandsbremsung unter Ausnutzung von Reibungskräften bei Wiedereintritt in die Atmosphäre berücksichtigt (OBE23, NOO29).

Navigation durch innerhalb des Hecks einer Rakete angebrachter, mit Kreiselsteuerung verbundener, beweglicher Leitwerksflossen.Bild vergrößert anzeigenFigur NA1: Navigation durch bewegliche Leitwerksflossen im Heck (aus US 1 879 187 A).

Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen im kräftefreien Raum nutzen den auf Rückstoß basierenden Antrieb mit Richtungsorientierung aus. Hierbei wird zwischen innerhalb und außerhalb der Rakete angebrachten Leitwerkseinrichtungen unterschieden.
Außerhalb des Flugkörpers angebrachte starre "Flossen" wirken jedoch nur solange, wie eine Luftströmung an der Außenseite der Rakete vorhanden ist. Innerhalb des Hecks (Figur NA1 aus US 1 879 187 A) angeordnete, bewegliche Leitwerksflossen (31-33) werden durch Kreiselsteuerung (A, B, C) selektiv in den Abgasstrom der aus der Brennkammer (21) austretenden Verbrennungsgase bewegt. Dort beeinflussen sie die Richtung der Vorwärtsbewegung des Flugkörpers durch Ablenkung der Abgasströmung, solange das Triebwerk in Betrieb ist.

Beweglich aufgehängte Düse mit Brennkammer, zur axialen Auslenkung des Abgasstroms Bild vergrößert anzeigenFigur NA2: Navigation durch beweglich aufgehängte Düse und Brennkammer (aus US 2 183 311 A).

Nachteilig ist hierbei, daß die externen starren Flügel/Flossen einen erheblichen Luftwiderstand erzeugen und bremsen. Die innerhalb des Raketenhecks angebrachten Flügel/Flossen stellen ebenfalls einen Strömungswiderstand im Düsenstrahl dar, verringern die Geschwindigkeit der ausströmenden Verbrennungsgase und damit den notwendigen Schub.

Zusätzlich wirkt sich die Größe der Flossen aus, denn je größer die beweglichen Flossen sind, desto besser ist die Steuerung bei niedrigen Geschwindigkeiten. Bei extrem hohen Geschwindigkeiten sind große Flossen aber von Nachteil. Im umgekehrten Fall ist die für sehr hohe Geschwindigkeiten optimale Flossengröße für niedrige Geschwindigkeiten zu klein und damit uneffektiv.

Eine wesentliche technische Verbesserung die Richtung des Abgasstrahls zu bestimmen (Figur NA2 aus US 2 183 311 A), gelingt durch die gezielte Auslenkung der Düse (13) mit der Brennkammer (12). Diese wurde hierfür an einem Kardanrahmen (15) beweglich aufgehängt. Die Auslenkung (punktierte Linie Figur NA2) wird über Ziehstangen (21, 23) erreicht, die durch Druckluft bewegt werden.

Schwenkbar aufgehängtes Haupttriebwerke mit kleineren, schwenkbaren Steuertriebwerken.Bild vergrößert anzeigenFigur NA3: Schwenkbar aufgehängte Triebwerke (aus DE 1 153 657 B).

Eine Weiterentwicklung hängt den gesamten Raketenmotor in einem Kardanrahmen auf, so dass durch die größere Nähe zum Schwerpunkt der Rakete geringere Auslenkbewegungen zur Steuerung benötigt werden. Gleichzeitig wird die Aufhängung selbst als Treibstoffzuführung zur Brennkammer genutzt. Dadurch werden die Anzahl der beweglichen Bauteile, wie etwa flexible Treibstoffleitungen, reduziert (US 2 639 582 A).

Um jedoch Roll-, Nick- und Gierwinkel gezielt beeinflussen zu können sind in der Folge schwenkbar aufgehängte Triebwerksgruppen (1, 2, 3), in Figur NA3 aus DE 1 153 657 B an einer Raketenoberstufe exemplarisch dargestellt, hinzugefügt worden, um alle Raumrichtungen abzudecken.


Zitiertes Patentdokument
PatentnummerJahrTitel
US 1 879 187 A  1931  Mechanism for directing flight 
US 2 183 311 A  1937  Means for stearing aircraft 
US 2 639 582 A  1950  Mount for reaction motors 
DE 1 153 657 B  1961  Antriebs- und Steuervorrichtung für die Endstufe einer mehrstufigen Trägerrakete 
DE 19 61 049 C3  1969  Aufhängung für ein schwenkbares Raketentriebwerk 

Ergänzungsdokumente
PatentnummerJahrTitel
DE 2 144 818 A  1971  Mit Steuerdüsen bzw. Steuerdüsengruppen ausgestattetes Flüssigkeitsraketentriebwerk der sogenannten Hauptstrombauart 

© 2016 Deutsches Patent- und Markenamt | 29.02.2016