Von Hand mittels eines Hilfsmotors zu betätigende Ruderlegvorrichtung an Flugzeugen. Um den Flugzeugführer bei .der Hand rudersteuerung zu entlasten und ihm die Steuerung von grösseren Flugzeugen auf die Dauer überhaupt zu ermöglichen, ist es be kannt; einen Hilfsmotor (als Servomotor) zur Einstellung der Ruder zu verwenden. Dabei ist es wichtig, dass der Hilfsmotor nicht allein ,die Ruderverstellung vornimmt, sondern dass er tatsächlich nur entlastend wirkt, dem Flugzeugführer also einen Teil der Ruder stellkraft in der Hand belässt, damit dieser fühlt, welche Luftkräfte auf das Flugzeug wirken und .danach den Flugzustand zu be urteilen vermag.
Es sind bereits Lösungen bekannt, die dieser Forderung Rechnung tragen und bei spielsweise so getroffen sind, dass die Hand kraft und die motorische Hilfskraft über einen. Waagebalken ausgewogen werden; wobei die Auslenkung des Waagebalkens die Verstellung des Regelorganes des Hilfs motors bewirkt. Der Summenwert der beiden Kräfte ergibt hierbei die Ruderstellkraft.
Bei diesem bekannten Auswiegen der Kräfte ist jedoch eine andere sehr wichtige Forde rung nicht erfüllt, die an eine Handruder steuerung zu stellen ist und,die darin besteht, dass die Verstellwege von Handsteuerorgan und Rudrer einander genau entsprechen müssen. Insbesondere sollte auch keine zeit liehe Nacheilung der Ruderbewegung gegen über der Steuerbewegung des Handhebels möglich sein. Eine weitere wichtige Forde rung besteht darin, dass auch beim Aussetzen des Hilfsmotors, z.
B. infolge Ausfallens der Triebmittelzufuhr, die Ruderlegung von Hand: weiterhin möglich bleiben muss, ohne dass dabei die Steuerwege .sich ändern.
Den erwähnten Forderungen ist erfin dungsgemäss dadurch genügt, dass die Ein richtung eine mechanische Einstellverbin dung zwiechen dem Ruder und .dem Hand- steuerorgan besitzt und der Angriffspunkt -des Hilfsmotors in dieser Einstellverbindung angeordnet ist, wobei die Steuerung des Hilfsmotors an eine erste Kraftmessvorrich- tung, die in dem von dem Handsteuerorgan zu dem Angriffspunkt des Hilfsmotors füh renden Zwei- der Einstellverbindung liegt. und an eine zweite Kraftmessvorrichtung.
welche die durch die jeweilige Ruderlegung erzeugte Kraftwirkung misst, regelbar und derart angeschlossen ist, dass sie bei einer Ruderverstellung von den beiden Kraftmess- vorrichtungen gegensinnig beeinflusst wird.
Die Beeinflussung des Regelorganes des Hilfsmotors- durch die beiden Kraftmesser er folgt zweckmässig in einer elektrischen Brük- kenschaltung, deren Brückenstrom den Hilfs motor steuert. Dadurch wird eine weitere Forderung, die an sölche Handrudersteuerun gen mit Hilfsmotor zu stellen ist und darin besteht, dass das Verhältnis, in welchem sich die Ruderstellkraft auf den Hilfsmotor und auf den Handsteuerhebel aufteilt, leicht Lind stetig veränderbar ,sein muss, leicht erfüllbar.
Dies. kann nämlich innerhalb einer Brücken schaltung durch, einfache einstellbare Vor- schaItwiderstände erzielt. werden. Die Anord- nung wird dann vorteilhaft so getroffen, dass jeder Kraftmesser auf zwei Zweige einer Brückenanordnung einwirkt, deren Ver- gleichszweige auf einen konstanten Wert ein steilbar sind.
Durch Veränderung dieser konstanten Werte der Vergleichszweige kann die Rückwirkung des Ruders auf das Hand- steuerorga.n, also das Verhältnis. zwischen der Handkraft und der motorischen Hilfskraft, beliebig eingestellt werden. Die Brücken seha.l.tunb ermöglicht auch den Verbleich der Handkraft mit der auf das.
Ruder einwirken den Luftkraft in der Weise, dass diese Luft kraft als die im Rumpf oder in der Trab fläche wirksame Spannkraft ermittelt wird. Werden z. B. bei einer Höhenrudersteuerung im obern und untern Teil des Rumpfes elek- tri:sche K ra.ftmesser, z.
B. Kohlendruek- widerstände, vorgesehen, die jeweils einen Zwei-, einer Brückenschaltung bilden, wäh rend die andern Zweite dieser Brücke durch Handkräfte geregelt werden, so kann das durch die Verstellung des Ruders auf das Flugzeug ausgeübte Biegemoment als mass für die Luftkräfte verwendet werden, die der Flugzeubführer bei der Ruderlegung fühlt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung, die sich insbesondere auf die Begrenzung - der Handsteuerkräfte im Sturzflug beziehen. sind nachstehend an Hand der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen- standes darstellt, näher erläutert. In dieser zeigt:
Fig. 1 eine Höhenruderlegvorrichtung mit hydraulischem Hilfsmotor. der über zwei elektrische Brückenschaltungen regelbar ist und wobei diese Brückenschaltungen ausser durch die beiden die Handsteuerkraft und die Ruderstellkraft messenden Kraftmesser noch durch einen Beschleunigungsmesser im Sinne einer Begrenzung der Ruderverstellung während des Sturzfluges regelbar ist, Fig. 2 eine im wesentlichen ähnliche Höhenrudersteuerung, bei der an Stelle der Ruderstellkraft die Spannkräfte im Rumpf gemessen werden, Fig. 3 eine in Verbindung mit der Vor richtung nach Fig.
1 oder 2 verwendbare An ordnung zur Begrenzung der Höhenruder- ausscläge beim Abfangen des Flugzeuges aus dem Sturzflug, Fig. 4 schematisch verschiedene Möglich keiten der Anordnung .der Kraftmesser be züglich der Steuerungen für alle drei Flug zeugachsen.
In das gemäss Fig. 1 von dem vorn beim Flugzeugführer um den Drehpunkt 1 schwenkbaren Steuerhebel 2 zu dem am Heck des Flugzeuges in bekannter Weise um einen Drehpunkt 3 schwenkbaren Höhen ruder 4 führende Gestänge sind ein hydrau lisch betriebener Hilfsmotor 5, 6 und zwei Gestängekraftmesser 7 und 8 eingeschaltet.
Der linke Kraftmesser 7 liebt in dem vom Handstenerhebel 2 zum Hilfsmotor führen- den Gostängeteil und besteht aus zwei 7' und 7", die durch eine am Handgestänge angreifende Platte 7"' durch die Handkraft gegensinnig belastet werden. Der rechte Kraftmesser 8 ist nach Art einer Federwaage ausgebildet, deren federnder Arm 8' durch die Ruderstellkraft belastet wird und mit dem Spannungsteiler widerstand 8" zusammen ein Potentiometer bildet.
Die beiden von den Kraftmessern be tätigten Potentiometer 7', 7" und 8', 8" sind mit festen Vergleichswiderständen 9 und 10 jeweils in eine Wheatstonesche Brücke ge schaltet die über einstellbare Vorschalt- alt- s 'haltet, die über einstdilbare Vore#ch"' widerstände 11 und 12 an das. Bordnetz 13 angeschlossen sind. In den Ausgleichsstrom kreis der linken Brücke ist die linke Steuer wieklung 14 und in den Ausgleichsstrom kreis der rechten Brocke die rechte Steuer wicklung 15 einer elektrischen Tauchspule belegt, deren Erregerwicklung 16 ebenfalls über einen einstellbaren Vorschaltwiderstand 17 an der Bordspannung liegt.
Die auf einer verschiebbar gelagerten Stange 18 befestig ten Anker der Tauchspule verstellen ent sprechend der Differenz der Erregung der beiden Wicklungen 14 und 15 entgegen der Kraft von Fesselungsfedern 19 die Steuer- kölbchen 20 in dem Zylinder 21 eines Steuer- sschiebers für den hydraulischen Rudermotor 5, 6.
In der Verbindungsleitung zwischen dem Vergleichswiderstand 9 und der Plusleitung des Bordnetzes ist ein Schalter 22 vorge sehen, der durch den veränderbaren Wider stand 23 überbrückt ist. Der bewegliche Kon takt dieses: Widerstandes. 23 kann über das Gestänge 24 von einer Masse 25 verstellt werden, die an der Feder 26 aufgehängt ist und deren Bewegungen durch den Zylinder 27 gedämpft werden, in welchem die Masse 25 auf und ab verschiebbar ist. Die Dämp fungswirkung kann dabei durch Verstellung des- Ventile 28 geändert werden, welches, das. Überströmen einer Flüssigkeit oder eines Gases vom obern zum untern Teil des Zy linders 27 regelt.
Bei Betätigung des. Handhebels 2 durch den Flugzeugführer treten in der Messeinrich- tung 7 Kräfte auf, da, der Kolben 6 des Hilfsmotor: bei in der Mittellage stehendem Steuerkolben 20 zunächst fest steht. Diese Kräfte bewirken eine Verstimmung der linken Brückenanordnung und somit einen Erregerstrom für die linke Steuerwicklung 14 der Tauchspule. Der Spulenkern wird sich daher im Felde,der Erregerspule 16 bewegen und eine Verstellung der Steuerkolben ent sprechend -der Grösse und Richtung der Tauchspulerregung in dem.
Sinne bewirken, dass der Kolben 6 die vom Flugzeugführer beabsichtigte Verstellung ausführt. In Wirk lichkeit wird die Summe der am Handhebel 2 ausgeübten Handkraft und der von dem Hilfsmotor 5, 6 ausgeübten Kraft auf das Ruder übertragen. Diese Ruderstellkraft be wirkt eine entsprechende Auslenkung des, Po tentiometers. 8', 8" und damit eine entspre chende Verstimmung der rechts liegenden Brückenanordnung in der Weise, dass die an diese Brücke angeschlossene Steuerwicklung 15 eine Gegnererregung der Tauchspule her beiführt. Praktisch wird also. die Tauchspule eine Verstellung des.
Steuerschiebers 20 ent sprechend der Differenz ihrer Erregungen bewirken, welche Differenz der Differenz zwischen Handkraft und Ruderstellkraft entspricht. Es ist dabei vorausgesetzt, dass die Empfindlichkeit der die Gestängekräfte abfühlenden Systeme 7 und 8 gleich .gewählt wurde, die Widerstände 9 und 10 gleich sind und die Spulen 14 und 15 sich nicht unter scheiden. Andernfalls sind die elektrischen Bedingungen entsprechend auszugleichen. Die Aufteilung der Ruderstellkraft auf die vom Hilfsmotor 5, 6 aufzubringende Kraft und auf die vom Handhebel 2 ausgeübte Ver stellkraft erfolgt dann bei der Schaltung gemäss Fig. 1 durch entsprechende Einstel lung der Vorschaltwiderstände 11 und 12.
Die Ansprechempfindlichkeit des Hilfs motors 5, 6 kann durch Regelung der Feld stärke der Spule 16 mittels des Vorschalt widerstandes 17 eingestellt werden. Der Flugzeugführer behält also bei dieser Ruder legun;g an seinem Steuerhebel 2 eine Hand kraft, die zweckmässig einen Bruchteil der R.uderstellkraft beträgt, wobei das Verhält nis .dieser Kräfte unverändert und durch die Widerstände 11, 12 vorbestimmt ist.
Durch Vergrösserung des Widerstandes 11 oder Ver- kleinerung des Widerstandes 12 kann er reicht werden, dass das Verhältnis der Hand kräfte zu den Ruderkräften sich im Sinne wachsender Handkräfte verschiebt und eine entsprechend empfindlichere Regelung des Ruders durch den Bedienungshebel 1 erhal ten wird.
Bisher wurde vorausgesetzt, dass die Wi derstände 9 und 10 so abgeglichen sind. dass eine Ruderstellkraft nur dann vorhanden ist, wenn bleichzeitig auch eine Handkraft auf gebracht wird. Im vertrimmten Flugzustand ist. aber häufig eine dauernde Auslenkung des Ruders 4 erforderlich, um das Vertrim- mungsmoment auszugleichen. Um in diesem Falle keine Handkraft zu erhalten, könnte der Vergleichswiderstand 1.0 in dem Sinne verstellt werden, dass die durch die erwähnte Ruderkraft über das Potentiometer 8', 8" be wirkte Verstimmung der rechts liegenden Brücke durch den untern Vergleichswider stand 10 kompensiert wird.
Alsdann ist er sichtlich, dass die Tauchspule bei dieser Ru derkraft keine Erregung erhält, und dass der Motor 5, 6 das Ruder in der aasgelenkten Stellung hält. ohne dass eine Handkraft da bei mitwirken mass.
Wenn der Schalter 2 2 am Ende eines Sturzfluges, also zu Beginn des Abfangens, geöffnet wird, dann ist eine Verstimmung der links liegenden Brücke auch durch den von dem Beschleunigungsmesser betätiglen Vorschaltwiderstand 23 möglich. Die Be schleunigungskräfte, die- heim Abfangen des Flugzeuges aus dem Sturzflug auf die Masse 25 einwirken, .sollen innerhalb gewisser durch die Bemessung der Flugzeuzkonstruktion ge gebener Grenzen den Abgriff des Widerstan des 23 nur auf einem einfachen Draht 23' gleiten lassen.
Wird jedoch eine bestimmte Beschleunigung überschritten, die für das Flugzeug gefahrvoll werden könnte, ,so wird der Widerstand. 23 wirksam und damit. der durch die Spule 14 fliessende Brückenstrom geschwächt. Der Erfolg dieser Strom änderung ist. eine Verstellung des Höhen ruders im Sinne einer Verkleinerung der auf das Flugzeug wirkenden Vertikalbeschleuni- hüll--. Es wird also das Verhältnis zwischen Handkraft und Ruderkraft geändert, um beim Abfangen aus dem Sturzflug trotz gleichbleibender Handkräfte die auf das Flugzeug wirkenden Kräfte in zulässigen Grenzen zu halten.
Durch passende Bemes sung des Widerstandes 23 kann erreicht wer den, dass oberhalb einer bestimmten Beschleu- nigung auch mit der grössten Handkraft keine Weiterverstellung des Ruders 4 mehr möglich wird. Anderseits kann die geschil derte Abfangbegrenzung durch Schliessen des Sehalters 22 sofort ausser Wirksamkeit ge setzt werden, um in Notfällen auch über das zulässige Mass hinausgehende Beschleunigun gen erreichen zu können.
Die in Fig. 2 angegebene Höhenruder n stimmt hinsichtlich der elektri schen Brückenschaltung und der motorischen Ruderlegvorrichtung mit jener in Fig. 1 überein. Da für die einander entsprechenden Teile diaselben Bezugzeichen verwendet sind. kann insoweit auf eine Beschreibung der Einrichtung gemäss Fig. 2 verzichtet werden. Abweichend von der Einrichtung gemäss Fig. 1 wird jedoch in Fig. 2 die rechte Steuerwicklung 15 der Tauchspule nicht ent sprechend der Ruderstellkraft, sondern ent sprechend der vom Höhenruder 4 auf den Flugzeugkörper ausgeübten Verwindungs kraft geregelt.
Zu diesem Zweck sind= im obern und untern Verband zwei Kraftmesser 8;, und 8c, eingebaut, die die dort vorhandenen Spannkräfte messen und entweder wiederum aus Kohledruckwiderständen aufgebaut oder nach Art einer Federwaage ausgebildet sind, deren Kontaktarme 8" und 8b über Span- nungsteilerwiderstände 8." und 8b' schleifen. Die Steuerwicklung 15 ist dann in den Aus- gleichsstromkreis der von diesen beiden Spannungsteilern gebildeten Brücke gelebt.
Auch bei der Einrichtung gemäss Fig. 2 kann das Verhältnis zwischen der Handkraft und der auf das Flugzeug ausgeübten Verwin dungskraft durch die Vorschaltwiderstände 11 und 12 eingeregelt werden, über welche die Steuerbrücken gespeist werden. In der linken Steuerbrücke der Fig. 1 ist der Ver- leichswiderstand 9\ über ein Gestänge 30. entsprechend den Ausschlägen eines aus der Masse 25', der Feder 26 und der Dämpfungs einrichtung 27' bestehenden Beschleuni gungsmessers einstellbar, wobei in dem Ge stänge 30 ein bestimmtes Spiel vorgesehen ist, um zu verhindern, dass .der Vergleichs widerstand 9' bereits bei geringeren Be schleunigungen verstellt wird.
Die Steuer wirkung, die dieser Beschleunigungsmesser auf die Tauchspulwicklung 14 ausübt, ist im übrigen :dieselbe wie bei der Abfang begrenzung gemäss' Fig. 1.
An Stelle solcher Beschleunigungsmesser kann jedoch auch die in Fig. 3 dargestellte, zur Abfangbegrenzung mit dem vom Hand- steuerorga.n 2 betätigten Kraftmesser 7 zu sammen auf die motorische Ruderlegvorrich tung, beispielsweise durch Beeinflussung der linken Steuerwicklung der Tauchspule, wir ken. Wie ersichtlich, wird diese Steuerwick- lung 14 ähnlich wie in Fig. 1 von dem Aus gleichsstrom einer .durch die vom Kraftmesser 7 betätigten Widerstände und durch die Ver gleichswiderstände 9 gebildeten Wheat- stonesche Brücke beeinflusst.
Mit 11 ist wie derum der von Hand einschaltbare Vor schaltwidersta.nd, bezeichnet, der zur Ein siellung des, Anteils dient, den die Hand kraft an der Ruderstellkraft haben soll. Die Abfangsicherung besteht hier aus einem Rechengerät, welches aus Staudruck und Flughöhe die für den Abfangvorgang höchst zulässigen Drehgeschwindigkeiten ermittelt. Von einem aussen im Fahrtwind angeordne ten Pitotrohr 31 werden der Staudruck und der :statische Druck einem Fahrtwinddruck messer 33 zugeleitet; der statische Druck geht ausserdem in einem Höhenmesser 34.
Die Messer 33, 34 stellen zusammen einen Fahrtmesser dar. Beide zusammen verstellen dann den Kontaktarm 35 eines Spannungs- teilerwiderstandes 36 entgegen der Kraft einer Feder 37. Dadurch wird ein Nachlauf motor 40 eingeschaltet, der einerseits über den Zahnstangenantrieb 39 den Kontaktarm 38 und anderseits über einen Schneckentrieb 41 die Kontaktbahn 42 verstellt, über welcher der durch Federn 44 an seine Nullage ge fesselte Kontaktarm 43 auf der Präzessions- achse eines Wendezeigerkreisels 45 spielt, welcher im Flugzeug so angeordnet ist, dass er die Geschwindigkeit .der um die Quer achse auftretenden Drehung misst.
Der Nach laufmotor 40 verstellt beim Überschreiten der durch den Rechner ermittelten zulässigen Drehgeschwindigkeit die einen Vorschalt widerstand tragende Basis. der Kontaktvor richtung 42, 43 derart, dass der Vorschalt widerstand in der Speiseleitung der Brücke 7, 9 vergrössert wird und damit die zur Er zielung einer Ruderauslenkung am Hand hebel 2 aufzubringende Handkraft stark an wächst Auf diese Weise wird also der Ru derausschlag, der durch den Flugzeugführer erzielt bezw. gehalten werden kann, begrenzt.
Fig. 4 zeigt noch verschiedene Möglich keiten für den Einbau der Kraftmesser für die Handkraft und für die Ruderstellkraft bezw. für die durch das, Ruder hervor gerufene Beanspruchung des Flugzeuges, und zwar in Anwendung auf alle drei Achsen. Mit S, H und Q sind die drei Hilfe motoren zur Einstellung des Seitenruders s, des Höhenruders, <I>h</I> und. der Querruder <I>q</I> be zeichnet. .Während die Motoren S und 11 mittels, ihrer Abtriebshebel a unmittelbar an dem Gestänge Gs und G,, angreifen, welches von dem Seitenruder bezw.
Höhenruder zu den vom Flugzeugführer betätigten Steuer organen F und, R führen, arbeitet .der Quer- rulermotor Q über eine Zwischenstange g auf den am Gestänge G, der Querrudern q angeordneten Hebel a.
Die Handkraftmesser bezw. Fusskraftmesser sind, stets zwischen den Betätigungsorganen F und R und dem jeweiligen Angriffspunkt des Rudermotors S bezw. <I>H</I> oder Q bei u oder v angebracht. Die andern Kraftmesser sind, falls sie die Ruderstellkraft oder .die Steilkraft des.
Hilfs motors messen, bei x bezw. x' in dem vom Motor wegführenden Gestänge oder auch bei y in den Scharnieren angeordnet, in welchen sich die Ruder<I>s,</I> h drehen. Soll hingegen in der grundsätzlich bereits an Hand von Fig. 2 erläuterten Weise die tatsächliche Rumpf- oder Flügelbeanspruchung gemessen werden, so sind für die Seitenrudersteuerung zwei Kraftmesser bei z1 und für die Höhenruder steuerung bei z2 an zwei gegenüberliegenden Stellen des Flügelrumpfes vorzusehen,
wäh rend bezüglich der durch die Querruder be wirkten Flügelbelastung zwei Kraftmesser bei z." an der Ober- und Unterseite .des Trag flügel.. vorgesehen werden können. Im letz teren Fall wird also die tatsächliche Rumpf- oder Flügelbeanspruchung mit der vom Flugzeugführer aufgebrachten Ruderstell kraft verglichen. Auf diese 'Weise ist es möglich, dem Flugzeugführer unabhängig von. der Stellung .der Trimmkanten und Trimmflossen sowie vom übrigen Gleich gewichtszustand des Flugzeuges ein -Mass für die tatsächlichen Ruderkräfte bezw. Flug zeugbeanspruehungen "in die Hand" zu --eben.