Rockets and ballistic missilesEdit

eri työntövoiman gimbaalikulmien tuottamat momentit

raketin liikkeen animaatio työntövoiman vektoroidessa suuttimen toimintaa

grafiittipakoputkia v-2-rakettimoottorin suuttimessa

nimellisesti rakettisuuttimen työntövektori kulkee ajoneuvon massakeskipisteen läpi tuottaen nollan nettomomentin massakeskipisteen ympärillä. Piki-ja kiertomomentteja on mahdollista saada aikaan ohjaamalla raketin päävektoria niin, että se ei kulje massakeskiön läpi. Koska toimintalinja on yleensä suunnattu lähes samansuuntaisesti rullan akselin kanssa, rullan ohjaus vaatii yleensä kahden tai useamman erikseen saranoidun suuttimen tai kokonaan erillisen järjestelmän, kuten evät, tai siipien käyttöä rakettimoottorin pakokaasupilvessä, ohjaten päätyöntövoimaa. Työntövoimavektorin ohjaus (TVC) on mahdollista vain silloin, kun työntövoimajärjestelmä luo työntövoimaa; asentoa ja lentorataa varten tarvitaan erilliset mekanismit lennon muissa vaiheissa.

Työntövektorointi voidaan saavuttaa neljällä peruskeinolla:

• Gimbaled engine(s) tai suutin(s)
• reaktiivinen nesteruiskutus
• Apumoottorit ”Vernier”, joita kutsutaan myös suihkuraketeiksi

gimbaled thrustEdit

Työntövektorointi monille nestemäisille raketeille saavutetaan gimbaloimalla koko Moottori. Tämä edellyttää koko polttokammion ja ulomman Moottorin kellon liikuttamista kuten Titan II: n kaksiosaisissa ensimmäisen vaiheen moottoreissa tai jopa koko moottorikokoonpanoa, mukaan lukien siihen liittyvät polttoaine-ja hapetinpumput. Saturn V ja avaruussukkula käyttivät gimbaled-moottoreita.

myöhemmin kehitetyllä kiinteän polttoaineen ballistisille ohjuksille kehitetyllä menetelmällä saavutetaan työntövektorointi ohjaamalla vain raketin suutin sähköisillä toimilaitteilla tai hydraulisylintereillä. Suutin kiinnitetään ohjukseen kuulanivelellä, jonka keskellä on reikä, tai termisesti kestävästä materiaalista valmistetulla joustavalla tiivisteellä, joka yleensä vaatii enemmän vääntöä ja suuremman tehonkäyttöjärjestelmän. Trident C4-ja D5-järjestelmiä ohjataan hydraulisella suuttimella. STS SRBs käytti gimbaled-suuttimia.

Ajoainesuihkutus

toinen kiinteän polttoaineen ballistisissa ohjuksissa käytetty työntövektorausmenetelmä on nestesuihkutus, jossa raketin suutin on kiinnitetty, mutta pakokaasuvirtaan johdetaan nestettä ohjuksen peräpään ympärille asennetuista suuttimista. Jos nestettä ruiskutetaan vain ohjuksen toiselle puolelle, se muuttaa pakokaasupilven kyseistä puolta, jolloin sillä puolella on erilainen työntövoima ja ohjukseen kohdistuva epäsymmetrinen nettovoima. Tämä oli ohjausjärjestelmä, jota käytettiin Minuteman II: ssa ja Yhdysvaltain laivaston varhaisissa SLBMs-koneissa.

Vernier thrustersEdit

työntövektorointia muistuttava vaikutus voidaan tuottaa useilla vernier-potkureilla, pienillä apupolttokammioilla, joista puuttuvat omat turbopumput ja jotka voivat gimbaloida yhdellä akselilla. Näitä käytettiin Atlas-ja R-7-ohjuksissa ja niitä käytetään edelleen R-7: stä polveutuvassa Sojuz-raketissa, mutta niitä käytetään harvoin uusissa malleissa niiden monimutkaisuuden ja painon vuoksi. Nämä eroavat Reaktionsäätöjärjestelmäpotkureista, jotka ovat kiinteitä ja itsenäisiä rakettimoottoreita, joita käytetään ohjaamiseen avaruudessa.

Pakokaasuventtiilit

yksi varhaisimmista työntövektorointimenetelmistä rakettimoottoreissa oli siipien sijoittaminen Moottorin pakokaasuvirtaan. Nämä Pakoputket tai suihkusiivekkeet mahdollistavat työntövoiman taipumisen liikuttamatta moottorin osia, mutta vähentävät raketin tehokkuutta. Niiden etuna on mahdollistaa rullan ohjaus vain yhdellä moottorilla, mitä suuttimen gimbaling ei. V-2: ssa käytettiin grafiittisia pakoputkia ja aerodynaamisia siipiä, kuten Redstonessa, joka oli johdettu V-2: sta. Copenhagen Suborbitals-amatööriryhmän Sapphire-ja Nexo-raketit ovat moderni esimerkki suihkukaivoista. Suihkusiivet on valmistettava tulenkestävästä materiaalista tai niitä on aktiivisesti jäähdytettävä niiden sulamisen estämiseksi. Sapphire käytti kiinteitä kuparin siipiä kuparin suureen lämpökapasiteettiin ja lämmönjohtavuuteen, ja Nexo käytti grafiittia sen korkeaan sulamispisteeseen, mutta ellei sitä aktiivisesti jäähdytetä, suihkusienet joutuvat merkittävään eroosioon. Tämä yhdistettynä jet vanesin tehottomuuteen estää useimmiten niiden käytön uusissa raketeissa.

taktiset ohjukset ja pienet projektorit

jotkin pienehköt ilmakehässä käytettävät taktiset ohjukset, kuten AIM-9X Sidewinder, välttävät lennonohjauspintoja ja käyttävät sen sijaan mekaanisia siipiä moottorin pakokaasun ohjaamiseen toiselle puolelle.

Työntövektorointi on tapa pienentää ohjuksen vähimmäisetäisyyttä, jota ennen se ei voi saavuttaa tarpeeksi korkeaa nopeutta, jotta sen pienet aerodynaamiset pinnat voisivat tuottaa tehokasta ohjailua. Esimerkiksi panssarintorjuntaohjukset kuten ERYX ja PARS 3 LR käyttävät työntövektorointia tästä syystä.

jotkut muut työntövektorointia käyttävät ammukset:

• 9m330
• Strix-kranaatinheitinkierros käyttää kahtatoista keskilinjan sivuttaispotkurirakettia terminaalikurssin korjaamiseen
• AAD käyttää suihkusiipiä
• QRSAM käyttää suihkusiipiä
• MPATGM käyttää suihkusiipiä
• Barak 8 käyttää suihkusiipiä
• a-Darter käyttää suihkusiipiä
• ASRAAM käyttää suihkusiipiä
• R-73 (ohjus) käyttää SUIHKUSIIPIÄ
• HQ-9 käyttää suihkusiipiä
• PL-10 (ASR) käyttää SUIHKUSIIPIÄ
• kiille (ohjus) käyttää suihkusiipiä
• Pars 3 LR käyttää suihkusiipiä
• Aster-ohjusperheessä yhdistyvät aerodynaaminen ohjaus ja suora työntövektori ohjaus nimeltä”PIF-PAF”
• AIM-9X käyttää Pakoputken sisällä neljää suihkuviivaa, jotka liikkuvat eivien liikkuessa.
• 9m96e käyttää kaasudynaamista ohjausjärjestelmää, joka mahdollistaa liikkeellelähdön jopa 35 km: n korkeudessa yli 20 g: n voimalla, mikä mahdollistaa ei-strategisten ballististen ohjusten toiminnan.
• 9k720 Iskanderia ohjataan koko lennon ajan kaasudynaamisilla ja aerodynaamisilla ohjauspinnoilla.

AircraftEdit

useimmat tällä hetkellä käytössä olevat vektoroidut työntövoimalentokoneet käyttävät turbofaneja, joissa on pyörivät suuttimet tai siivet, pakokaasuvirran ohjaamiseen. Tämä menetelmä voi onnistuneesti kääntää työntövoiman läpi jopa 90 astetta, suhteessa lentokoneen keskilinjaan. Moottori on kuitenkin mitoitettava pystynostoa varten normaalin lennon sijaan, mistä seuraa painorangaistus. Jälkipoltto (tai Plenum-Kammionpoltto, PCB, ohitusvirrassa) on vaikea sisällyttää ja on epäkäytännöllinen lentoonlähtö-ja laskutyöntövoiman vektorointiin, koska erittäin kuuma pakokaasu voi vahingoittaa kiitotien pintoja. Ilman jälkipolttoa yliäänilentonopeuksiin on vaikea päästä. PCB-Moottorin, Bristol Siddeley BS100: n valmistus lopetettiin vuonna 1965.

rototiltin ilma-aluksen vektori työntövoima pyörivien potkuriturbiinimoottorikuormien avulla. Tämän rakenteen mekaaniset kompleksit ovat melko hankalia, mukaan lukien taipuisien sisäisten komponenttien kiertäminen ja voimansiirto moottoreiden välillä. Useimmissa nykyisissä rotorimalleissa on kaksi roottoria vierekkäin. Jos tällainen alus lennetään siten, että se joutuu pyörrerenkaan tilaan, toinen roottoreista tulee aina hieman ennen toista, jolloin ilma-alus suorittaa rajun ja suunnittelemattoman rullauksen.

ennen ensimmäistä maailmansotaa Britannian maavoimien ilmalaiva Delta, joka on varustettu kääntyvillä potkureilla

Työntövektorointia käytetään myös ilmalaivojen ohjausmekanismina. Varhainen sovellus oli Britannian armeijan ilmalaiva Delta, joka lensi ensimmäisen kerran vuonna 1912. Sitä käytettiin myöhemmin HMA (His Majesty ’ s Airship) No. 9r, Brittiläinen jäykkä ilmalaiva, joka lensi ensimmäisen kerran vuonna 1916 ja twin 1930-luvulla aikakauden Yhdysvalloissa. Laivaston jäykät ilmalaivat USS Akron ja USS Macon, joita käytettiin ilmatukialuksina, ja samanlainen työntövektorointimuoto on nykyään erityisen arvokas myös modernien ei-jäykkien ilmalaivojen valvonnassa. Tässä käytössä suurin osa kuormasta on yleensä tuettu kelluvuudella ja vektoroitua työntövoimaa käytetään lentokoneen liikkeen ohjaamiseen. Ensimmäinen ilmalaiva, joka käytti paineistettuun ilmaan perustuvaa ohjausjärjestelmää, oli Enrico Forlaninin Omnia Dir 1930-luvulla.

suunnitelma työntövektorointia sisältävästä suihkukoneesta esitettiin vuonna 1949 Britannian Ilmailuministeriölle Percy Walwynin toimesta.; Walwynin piirustuksia säilytetään National Aerospace Libraryssa Farnboroughissa. Viranomaisten kiinnostus väheni, kun selvisi, että suunnittelija oli mielisairaalan potilas.

nyt tutkittavana oleva Fluidic Thrust Vectoring (FTV) ohjaa työntövoimaa sekundaaristen fluidisten injektioiden kautta. Kokeet osoittavat, että suihkumoottorin pakovirtaan pakotettu ilma voi kääntää työntövoiman jopa 15 asteeseen. Tällaiset suuttimet ovat toivottavaa niiden pienempi massa ja kustannukset (jopa 50% vähemmän), inertia (nopeampi, vahvempi ohjausvaste), monimutkaisuus (mekaanisesti yksinkertaisempi, vähemmän tai ei lainkaan liikkuvia osia tai pintoja, vähemmän huoltoa), ja tutkan poikkileikkaus stealth. Tätä tullaan todennäköisesti käyttämään monissa miehittämättömissä ilma-aluksissa (UAV) ja 6.sukupolven hävittäjissä.