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Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrdurchführung zur Treibstoffversorgung von verstellbaren elektrischen oder chemischen Triebwerken zum Orientieren von Flugobjekten.
Geostationäre Satelliten benötigen für ihre korrekte Funktion eine exakte Einhaltung der vorgewählten Position. Derartige Satelliten werden in eine Umlaufbahn gebracht und so positioniert, dass sie sich mit gleicher Winkelgeschwindigkeit wie die Erde bewegen, sodass sie relativ zur Erde stationär erscheinen.
Auf die Flugbahn derartiger Satelliten wirken nun zyklisch unterschiedliche Schwerkräfte, welche insbesondere aus der Änderung der Stellung des Mondes relativ zur Erde resultieren. Derartige auf den Satelliten einwirkende Kräfte erfordern in der Folge eine regelmässige Korrektur der gewünschten Position, um die geostationäre Position über die geplante Betriebszeit des Satelliten entsprechend aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck verfügen derartige Flugobjekte, wie beispielsweise Satelliten, über Triebwerke, welche kurzfristig über definierte Zeiträume gezündet werden, um den Satelliten wiederum in die gewünschte Position zu bringen.
Da gleichzeitig mit Rücksicht auf die Orientierung der Antennen von Satelliten eine bestimmte Position und Winkelstellung des Satelliten relativ zur Umlaufbahn eingehalten werden soll, muss eine derartige Korrektur immer so vorgenommen werden, dass der Satellit keinen Drehimpuls erfährt, welcher zu einer Eigenrotation führen könnte. Der Schubvektor des Antriebes muss somit in aller Regel durch den Schwerpunkt des Satelliten gehen, wobei auch dieser Schwerpunkt des Satelliten mit zunehmendem Treibstoffverbrauch Veränderungen unterworfen ist. Für derartige Bahnkorrekturen wird üblicherweise eine relativ grosse Anzahl von Antrieben eingesetzt. Die Anzahl der Antriebe kann dann reduziert werden, wenn jeder Antrieb selbst wiederum über einen bestimmten Winkelbereich verstellbar bzw. verschwenkbar gelagert ist.
So ist es beispielsweise bekannt mit einer relativ geringen Anzahl von Antrieben bei Schwenkwinkeln von 6 der Plattform, auf welche der jeweilige Antrieb montiert ist, relativ zum Satellit ein sogenanntes "station keeping" vorzunehmen. Wenn aber die Flughöhe insgesamt verändert werden soll und somit ein sogenanntes "orbit raising" durchgeführt werden soll, sind
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wesentlich höhere Schwenkwinkel erforderlich. Wenn die Anzahl der Antriebe eines Satelliten auf ein Minimum von beispielsweise vier oder gar zwei Antrieben reduziert werden soll, ist eine Montage der Triebwerke auf kardanisch schwenkbaren Plattformen erforderlich, welche einen relativ hohen Schwenkwinkel zulassen müssen.
Bei entsprechend geringer Anzahl von Antrieben wird hier eine Schwenkbarkeit der Plattform, auf welcher die Triebwerke des Satelliten festgelegt sind, um wenigstens 30 gefordert, womit eine einfache gerade Rohrdurchführung für die Leitungen zur Treibstoffversorgung wegen unzulässig hoher Spannungen und Biegemomente nicht mehr möglich ist.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Rohrdurchführung zur Treibstoffversorgung von Triebwerken der eingangs genannten Art zum Orientieren von Flugobjekten, wie z. B. Satelliten, zu schaffen, mit welcher auch bei grossen Verstellwinkeln von etwa 35 in zwei Achsen unzulässig hohe Spannungen und unzulässige Biegemomente auf die Rohrleitungen vermieden werden und damit die Betriebssicherheit wesentlich erhöht wird. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss die Treibstoffleitung als wenigstens ein wendelförmiges Rohr ausgebildet.
Bedingt durch die geforderte Redundanz für die Erhöhung der Betriebssicherheit ist es in aller Regel erforderlich wenigstens zwei derartige Treibstoffleitungen je Antrieb vorzusehen, wobei im Falle von chemischen Triebwerken ein entsprechend korrosionsfestes Material gewählt werden muss und für elektrische Antriebe sogar die Anzahl der Rohrleitungen je Triebwerk weiter erhöht werden soll.
Dadurch, dass diese Treibstoffleitungen nun wendelförmig angeordnet werden, lassen sich die Spannungen und Biegemomente, welche bei einer Verschwenkung der Plattform für die Triebwerke auf die Treibstoffleitungen wirksam werden, wesentlich herabsetzen und insgesamt innerhalb der zulässigen Toleranzen halten. Die Verschwenkung der Plattform für die Triebwerke führt hiebei zu einer Biegung der Achse der Wendel, welche aufgrund der wendelförmigen Wicklung der Rohre zu entsprechend wesentlich geringeren Spannungen und Biegemomenten in den Rohren selbst führt.
In besonders vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemässe Ausbildung so getroffen, dass die Achse der Wendel die Schwenk-
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achsen eines kardanischen Verstellmachnismus der Triebwerke im unverschwenkten Zustand in ihrem Schnittpunkt schneidet. Eine derartige Anordnung erlaubt es, die Wendel gesichert innerhalb des kardanischen Verstellmechanismus unterzubringen und ausgehend von einer neutralen Lage, in welche die Plattform für das Triebwerk im wesentlichen parallel zur Abstützstelle am Satelliten orientiert ist, einen grossen Verstellwinkel um zwei Achsen zuzulassen, ohne dass es zu unzulässigen Spannungen und Biegemomenten in den Rohren der Wendel kommt. Die Ausbildung erlaubt insbesondere Schwenkwenkei von 35 in zwei Achsen, ohne dass es zu einer unerwünschten Überlastung kommen kann.
Für elektrische Triebwerke muss naturgemäss auch noch die elektrische Energieversorgung zum Triebwerk zur Verfügung gestellt werden, wobei derartige zusätzliche Kabel im Inneren der Wendel verlegt werden können. Die Anschlussstellen können starr an den beiden relativ zueinander verschwenkbaren Plattformen des kardanischen Verstellmechanismus festgelegt sein, wobei mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, dass die gewendelten Rohre über Abstandhalter im wesentlichen parallel zueinander gehalten sind.
Eine gesicherte Anordnung der Wendel im Inneren des kardanischen Verstellmechanismus lässt sich dadurch erzielen, dass ein Schwenkantrieb des kardanischen Verstellmechanismus um eine erste Achse an einem Ring angreift, an welchem Ring der Schwenkantrieb für die zweite Achse gelagert ist und dass die gewendelten Rohrleitungen innerhalb der lichten Weite des Ringes verlaufen, wobei der Ring bzw. die Taumelscheibe mit einem zentralen Hohlraum, welcher auch als Kardankopf bezeichnet werden kann, die geschützte Aufnahme der gewendelten Rohrleitungen im Inneren des Schwenkmechanismus ermöglicht.
In besonders einfacher Weise ist die Ausbildung hiebei so getroffen, dass die Rohrleitungen aus Metall, insbesondere einer Titanlegierung mit Wandstärken von unter 1 mm gefertigt sind, wobei mit Vorzug der kardanische Verstellmechanismus für Schwenkwinkel von > I 250, vorzugsweise etwa 35 ausgelegt ist.
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Um eine sichere Positionierung der Wendel im Inneren des Verstellmechanismus zu gewährleisten und die insgesamt auftretenden Biegemomente weiter zu reduzieren, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, dass die Wendel in der Ebene des Ringes bzw. des Kardankopfes über Seile oder Stangen am Ring abgestützt ist.
Die Abstandhalter der einzelnen wendelförmig gewundenen Rohre können in besonders einfacher Weise als Scheiben ausgebildet sein, deren Ebene von den wendelförmigen Rohren durchsetzt ist. Bei einer derartigen Ausbildung der Abstandhalter ist es ausreichend, wenn eines der Rohre, beispielsweise unter Verwendung eines Klebers, starr mit dem Abstandhalter verbunden ist, wohingegen die weiteren Rohre an ihrer Aussenseite feste Gleitmittel aufweisen können, um Relativverschiebungen im Inneren der Ausnehmungen des Abstandhalters zuzulassen und auf diese Weise das Ausmass der wirksam werdenden Kräfte auf die Rohre der Wendel zu reduzieren.
Wie bereits erwähnt, ist insbesondere bei Verwendung von elektrischen Antrieben zusätzlich noch die elektrische Energieversorgung für die Ionisierung der zugeführten Edelgase erforderlich, wobei mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, dass innerhalb der lichten Weite der Wendel zusätzliche Leitungen, insbesondere elektrische Leitungen angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung eines kardanischen Verstellmechanismus für Triebwerke von Satelliten in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 die gewendelten Rohre für die Treibstoffversorgung der Triebwerke und Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Abstandhalter.
In Fig. 1 ist ein kardanischer Verstellmechanismus für Triebwerke mit seinen wesentlichen Komponenten dargestellt. Das Kardangelenk besteht hiebei aus einer Grundplatte 1, welche am Satelliten montiert ist und einer schwenkbaren Plattform 2, an welcher die Triebwerke festgelegt sind. Die Verschwenkung erfolgt um zwei einander kreuzende Achsen 3 und 4, wobei der Schwenkantrieb um die erste dieser Achsen 3 mit 5 bezeichnet
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ist, wohingegen der Schwenkantrieb für die zweite der beiden Achsen, nämlich die Achse 4, mit 6 bezeichnet ist. An der jeweils dem Antrieb 5 bzw. 6 gegenüberliegenden Seite sind Lager 7 und 8 angeordnet, wobei der Schwenkantrieb 5 an einem ringförmigen Bauteil 9 angreift, welcher nach Art einer Taumelscheibe um die Achse 3 verschwenkt werden kann.
An diesem ringförmigen Bauteil 9 ist der zweite Antrieb 6 gelagert, sodass die zweiachsige Verschwenkung der Plattform 2 um die Achsen 3 und 4 durch die Schwenkantriebe 5 und 6 ermöglicht wird.
Im lichten Raum innerhalb des Ringes 9 ist nun die Rohrdurchführung in Form von gewendelten Rohren 10 ersichtlich, deren Anschlüsse 11 bzw. 12 an der Grundplatte 1 festgelegt sind. Die Rohe sind um eine die Schwenkachsen 3 und 4 schneidende Achse 13 gewendelt, wobei dies für die in Fig. 1 dargestellte unverschwenkte Lage der Plattform 2 gilt. Bei einem Verschwenken der Plattform 2 um die Achsen 3 und/oder 4 bewegt sich die gesamte Wendel der gewendelten Rohre 10 aus dieser Achse heraus, wobei in der Ebene des Ringes 9 die Wendel über ein Kevlarseil am Ring abgespannt sein kann, sodass die Achse 13 der Wendel auch bei Verschwenkung der Plattform 2 im Bereich des Schnittpunktes der Achsen 3 und 4 im Schnittpunkt dieser Achsen verbleibt.
Die gewendelten Rohre sind in Fig. 2 deutlicher dargestellt. Es sind jeweils zwei Rohre 10 zu den entsprechenden Anschlüssen 11 und 12 geführt und insgesamt um die Achse 13 gewendelt angeordnet. Die einzelnen Rohre 10 können hiebei über einen in Fig. 3 schematisch dargestellten Abstandhalter 14 in ihrer relativen Lage zueinander gehalten werden, wobei die Rohre 10 die Ausnehmungen 15 des Abstandhalters 14 durchsetzen. Jeweils eines dieser Rohre 10 ist klemmend in einer derartigen Ausnehmung 15 gehalten, wohingegen die weiteren Ausnehmungen 15 des Abstandhalters 14 mit geringfügig grösserer lichter Weite ausgebildet sein können, um ein Gleiten der gewendelten Rohre 10 im Abstandhalter 14 zu ermöglichen.
Die Zuführung zu den Anschlüssen 11 und 12 ist der Übersichtlichkeit halber in den Zeichnungsfiguren nicht dargestellt. Da die Zuführung zu diesen Anschlüssen 11 und 12 aber jeweils relativ zu den an der schwenkbaren Plattform 2 bzw. mit der
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Grundplatte 1 verbundenen Bauteil ortsfest verlaufen, können diese weiterführenden Leitungen zu den Triebwerken bzw. zu dem Tank in konventioneller Weise entsprechend dem Raumangebot velegt werden. An der schwenkbaren Plattform 2 können ein oder mehrere Triebwerke angeordnet werden, welche über die Rohrleitungen 10 mit Treibstoff versorgt werden können.