DE1009490B

DE1009490B - Aircraft controls

Info

Publication number: DE1009490B
Application number: DEH25536A
Authority: DE
Inventors: Roy Westbury
Original assignee: HM Hobson Ltd
Current assignee: HM Hobson Ltd
Priority date: 1954-12-15
Filing date: 1955-11-22
Publication date: 1957-05-29

Description

Flugzeugsteuerung Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung für Flugzeuge, bei denen ein vom Flugzeugführer zu betätigender Steuerhebel mit dem Einschaltglied eines Servomotors für die Verstellung der Steuerflächen des Flugzeuges gekuppelt ist. Wird auf diese Weise z. B. das Höhenruder durch einen Hilfskraftantrieb verstellt, so kann man in der Steuerung in bekannter Weise ein Schwinggewicht anordnen, das auf die Hub- oder Sinkbeschleunigung des Flugzeuges anspricht, d. h. auf seine Beschleunigung in der Steigungsebene in einer Richtung normal zur Längsachse des Flugzeuges, und das auf das den Steuerhebel des Flugzeugführers mit dem Steuerorgan des Servomotors verbindende Gestänge derart einwirkt, daß am Steuerhebel eine Gegenkraft entsteht, die dem Flugzeugführer das Gefühl vermittelt, als ob er das Höhensteuer unmittelbar betätige.Aircraft control The invention relates to a control for Airplanes in which a pilot operated control lever with the Switch-on element of a servomotor for adjusting the control surfaces of the aircraft is coupled. If in this way z. B. the elevator by an auxiliary power drive adjusted, you can arrange a swing weight in the control in a known manner, which responds to the lifting or descent acceleration of the aircraft, d. H. on his Acceleration in the slope plane in a direction normal to the longitudinal axis of the Aircraft, and that on the pilot's control lever with the control unit the linkage connecting the servomotor acts in such a way that a counterforce is exerted on the control lever arises, which gives the pilot the feeling as if he is the elevator press immediately.

Die Verwendung eines Schwinggewichtes für diesen Zweck hat jedoch zwei Nachteile. Der erste besteht darin, daß eine Überlastung des Höhenleitwerks durch plötzliche und übermäßige Bewegungen des Höhenruders eintreten kann, die dem Höhenruder erteilt werden, ehe die Beschleunigung in der Normalen den dem Steuerausschlag entsprechenden Wert erreicht hat. Der zweite Nachteil besteht darin, daß das System infolge der zeitlichen Differenz zwischen der Einleitung der Steuerbewegung und der sich daraus ergebenden Beschleunigung die Neigung hat, unstabil zu werden. Dies läßt sich aus Fig. 1 der Zeichnung entnehmen, in der die Kurve O-A die Zunahme der Beschleunigung in der Normalen in Abhängigkeit von der Zeit bei Betätigung des Höhenruders und die Kurve O B C die entsprechenden Bewegungen des Höhenruders in Abhängigkeit von der Zeit wiedergeben. Man erkennt daraus, daß zur Einleitung des Steuervorganges im Bereich der Stelle B ein größerer Verstellwinkel des Höhenruders notwendig ist als zu seiner weiteren Durchführung. Das Schwinggewicht kann aber auf den Steuerhebel des Flugzeugführers keine Gegenkraft ausüben, ehe nicht eine Beschleunigung eingetreten ist. Demgemäß ist die von dem Schwinggewicht auf den Steuerhebel ausgeübte Gegenkraft zu gering und kommt zu spät zur Einwirkung, wodurch das System zum Unstabilwerden neigt.However, the use of a swing weight for this purpose has two disadvantages. The first is that the horizontal stabilizer is overloaded sudden and excessive movements of the elevator affecting the Elevators are given before the acceleration in the normal that of the rudder deflection has reached the corresponding value. The second disadvantage is that the system as a result of the time difference between the initiation of the tax movement and the resulting acceleration has a tendency to become unstable. this can be seen from Fig. 1 of the drawing, in which the curve O-A the increase in Acceleration in the normal as a function of the time when the elevator is operated and the curve O B C as a function of the corresponding movements of the elevator reflect from the time. It can be seen from this that to initiate the control process In the area of point B, a larger adjustment angle of the elevator is necessary than for its further implementation. The swing weight can be on the control lever of the pilot do not exert any counterforce until acceleration has occurred is. Accordingly, the counterforce exerted on the control lever by the swing weight is too little and too late to act, making the system unstable tends.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, diesen Nachteil zu vermeiden. Dies soll erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß dem Schwinggewicht eine an sich bekannte Vorrichtung zugeordnet wird, die auf den Steuerhebel zusätzlich eine zum Produkt aus der Luftgeschwindigkeit und der Verstellgeschwindigkeit der Steuerfläche etwa proportionale Gegenkraft ausübt.The invention is directed to obviating this disadvantage. According to the invention, this is to be achieved in that the swing weight has a known device is assigned to the control lever in addition a the product of the air speed and the adjustment speed of the control surface exerts roughly proportional counterforce.

Für diesen Zweck wird nach einer Ausführung der Erfindung bei Vorhandensein eines hydraulischen 2 Servomotors das Steuerventil des Servomotors durch ein Kniehebelgetriebe in der Mittelstellung gehalten, das durch hydraulischen Druck belastet wird, wobei der hydraulische Druck durch eine Vorrichtung gesteuert wird, unter deren Einwirkung dieser Druck bei wachsender Fluggeschwindigkeit zunimmt. Auf diese Weise kann das Steuerventil wirksam mit einer Nachgiebigkeit in der Mittellage gehalten werden, die der Wirksamkeit der Steuerfläche proportional ist, da der der Steuerfläche zur Ausführung eines Steuermanövers zu erteilende Ausschlag um so kleiner ist, je größer die Fluggeschwindigkeit ist.For this purpose, according to an embodiment of the invention, if present of a hydraulic 2 servo motor, the control valve of the servo motor through a toggle mechanism held in the middle position, which is loaded by hydraulic pressure, wherein the hydraulic pressure is controlled by a device under the action of which this pressure increases with increasing airspeed. That way it can Control valve can be effectively held in the central position with a yield, which is proportional to the effectiveness of the control surface, since that of the control surface to the Execution of a control maneuver, the smaller the deflection to be given, the larger the airspeed is.

Zwei Beispiele für die Ausführung der Flugzeugsteuerung nach der Erfindung sind in Fig. 2 bis 4 der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Betätigungseinrichtung für das Höhenruder eines Flugzeuges.Two examples of the implementation of the aircraft control according to the invention are shown in Fig. 2 to 4 of the drawing, namely Fig. 2 shows a schematic Representation of an actuator for the elevator of an aircraft.

Fig.3 einen Schnitt durch den Servomotor in größerem Maßstab und Fig.4 eine abgeänderte Ausführung der Betätigungseinrichtung nach Fig.2 bei ihrer Anwendung zur Betätigung der Querruder des Flugzeuges.3 shows a section through the servomotor on a larger scale and FIG. 4 a modified version of the actuating device according to Figure 2 in its application to operate the ailerons of the aircraft.

Gemäß Fig.2 ist der vom Flugzeugführer zu betätigende Steuerhebel 10 durch ein Gestänge 11 mit einem Servomotor 12 zur Betätigung des Höhenruders 13 verbunden. Der Servomotor besteht gemäß Fig. 3 aus einem hydraulischen Übertrager, der einen festen Kolben 14 und einen beweglichen Zylinder 15 aufweist. Die Kolbenstange 16 ist an einem ortsfesten Lager 17 abgestützt und der Zylinder 15. mit dem Höhenruder 13 durch einen Lenker 21 verbunden. Der Übertrager enthält einen Steuerschieber 18, der mit dem Gestänge 11 des Steuerhebels 10 in einer Bohrung des Zylindergehäuses verschiebbar ist und dann einen der beiden Zylinderräume mit einer der Druckmittelzuführungsleitungen 19, den anderen mit einer Auslaßleitung 20 verbindet.According to FIG. 2, the control lever to be operated by the pilot is 10 by a linkage 11 with a servomotor 12 for actuating the elevator 13 connected. According to FIG. 3, the servomotor consists of a hydraulic transmitter, which has a fixed piston 14 and a movable cylinder 15. The piston rod 16 is supported on a stationary bearing 17 and the cylinder 15. with the elevator 13 connected by a handlebar 21. Of the Transformer contains one Control slide 18, which with the linkage 11 of the control lever 10 in a bore of the cylinder housing is displaceable and then one of the two cylinder spaces with one of the pressure medium supply lines 19, the other with an outlet line 20 connects.

Wird durch Verschiebung des Steuerschiebers Druckmittel in einen der Zylinderräume eingeleitet, so erfolgt eine Verschiebung des Zylinders in gleicher Richtung, durch die die Leitungen wieder verschlossen werden. Zur Übertragung der Bewegung des Gestänges 11 auf den Steuerschieber 18 ist ein Winkelhebel 22 vorgesehen, der bei 23 schwenkbar gelagert ist. Der Arm 24 dieses Winkelhebels und die Stange 25 eines Kolbens 26 bilden einen Kniehebel, der den Steuerschieber 18 in der Mittelstellung hält. Der Kolben 26 steht unter Einwirkung eines hydraulischen Steuerdruckes pc, der mit der Fluggeschwindigkeit veränderlich ist.Is by moving the control slide pressure medium in one of the Introduced into the cylinder spaces, the cylinder is shifted in the same way Direction through which the lines are closed again. To transfer the Movement of the linkage 11 on the control slide 18, an angle lever 22 is provided, which is pivoted at 23. The arm 24 of this angle lever and the rod 25 of a piston 26 form a toggle lever that keeps the control slide 18 in the middle position holds. The piston 26 is under the action of a hydraulic control pressure pc, which is variable with the airspeed.

Der Steuerdruck wird auf den Kolben 26 durch eine Zuführungsleitung 28 des Zylinders 27 übertragen, der an dem Zylinder 15 schwenkbar gelagert ist. Der Steuerdruck wird in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit durch ein Steuergerät 29 geregelt, das in der britischen Patentschrift 734 437 näher beschrieben ist. Diesem Gerät wird Druckflüssigkeit durch eine Pumpe 30 zugeführt, die Flüssigkeit aus einem Behälter 31 ansaugt. Das Steuergerät 29 kann so ausgebildet sein, daß der Steuerdruck verändert wird, wenn die Fluggeschwindigkeit eine bestimmte Machzahl erreicht hat, wie dies in den britischen Patentschriften 734 437 oder 740 510 näher beschrieben ist.The control pressure is applied to the piston 26 through a supply line 28 of the cylinder 27 which is pivotably mounted on the cylinder 15. The control pressure is set by a control unit as a function of the airspeed 29, which is described in more detail in British Patent 734,437. Pressure fluid is supplied to this device by a pump 30, the fluid sucks in from a container 31. The control unit 29 can be designed so that the control pressure is changed when the airspeed is a certain mach number has achieved, as detailed in British Patents 734,437 or 740,510 is described.

An dem Steuerhebel 10 ist ein Gewicht 32 angebracht, das auf die Steig- und Sinkbeschleunigung des Flugzeuges anspricht und auf den Steuerhebel zusätzlich zu der von dem Kolben 26 ausgeübten Gegenkraft eine mechanische Gegenkraft überträgt. Die durch den Kolben eingeleitete hydraulische Gegenkraft begrenzt die Geschwindigkeit, mit der die Steuerfläche verstellt werden kann und verhindert dadurch eine übermäßige Verstellung der Steuerfläche, ehe die von dem Gewicht ausgeübte Gegenkraft wirksam wird.On the control lever 10, a weight 32 is attached to the climbing and descent acceleration of the aircraft responds and on the control lever in addition transmits a mechanical counterforce to the counterforce exerted by the piston 26. The hydraulic counterforce introduced by the piston limits the speed, with which the control surface can be adjusted and thus prevents excessive Adjustment of the control surface before the counterforce exerted by the weight takes effect will.

Dieses System übt auch eine stabilisierende Wirkung auf das Flugzeug aus, da bei langsamen Änderungen der Beschleunigung in der Normalen die auf den Steuerhebel wirkende Gegenkraft durch folgende Gleichung bestimmt wird: worin A und B Konstanten und n die Beschleunigung sind. Als Sicherheit gegen einen möglichen Ausfall des Steuergerätes 29 kann eine nicht dargestellte mechanische Feder vorgesehen sein, die ausreichend stark ist, um die Stabilität aufrechtzuerhalten und die den Steuerkolben 18 zusätzlich zu der hydraulischen Kraft in der Mittelstellung zu halten sucht.This system also has a stabilizing effect on the aircraft, since with slow changes in the acceleration in the normal, the counterforce acting on the control lever is determined by the following equation: where A and B are constants and n is the acceleration. As security against a possible failure of the control unit 29, a mechanical spring (not shown) can be provided which is strong enough to maintain stability and which seeks to keep the control piston 18 in the central position in addition to the hydraulic force.

Die Verstellgeschwindigkeit des Übertragers ist der Bewegung des Steuerschiebers 18 proportional. Die durch den Kolben 26 ausgeübte Gegenkraft und daher auch die von dem Flugzeugführer zur Verstellung des Steuerschiebers aufzuwendende Stellkraft sind der Verstellgeschwindigkeit ebenfalls proportional, und das System verhält sich daher in ähnlicher Weise wie ein hydraulischer Stoßdämpfer. Die erwähnte Unstabilität des von dem Gewicht beeinflußten Gegenkraftsystems nächst mit zunehmender Fluggeschwindigkeit, und die durch den ausgeübte Dämpfung nimmt ebenfalls mit der Fluggeschwindigkeit zu, wodurch ein Ausgleich zustande kommt. Die hydraulische Dämpfung setzt der Neigung des ansteigenden Teiles der Kurve O-B nach Fig. 1 eine Grenze, während die Einwirkung des Gewichtes 32 eine selbsttätige Annäherung an den absteigenden Teil B-C der Kurve zustande bringt.The adjustment speed of the transformer is the movement of the control slide 18 proportional. The counterforce exerted by the piston 26 and therefore also the actuating force to be used by the pilot to adjust the control slide are also proportional to the adjustment speed, and the system behaves therefore in a similar way to a hydraulic shock absorber. The mentioned instability the counterforce system influenced by the weight next with increasing airspeed, and the attenuation exerted by it also increases with airspeed to, whereby a compensation comes about. The hydraulic damping sets the incline of the rising part of the curve O-B according to FIG. 1 a limit, while the action of the weight 32 an automatic approximation of the descending part B-C of the curve brings about.

Die hydraulische Dämpfung tritt nur ein, wenn die erstellung des Phasenverschiebung zwischen der Übertragers und Einleitung der Steuerbewegung gering ist. Da jedoch die Unstabilität des Gewichtes 32 bei einer niedrigen Frequenz auftritt, ist diese Phasenverschiebung notwendigerweise klein, so daß die Dämpfung voll wirksam wird.The hydraulic damping only occurs when the phase shift is created between the transmitter and initiation of the control movement is low. However, since if the instability of the weight 32 occurs at a low frequency, it is this Phase shift necessarily small so that the damping is fully effective.

Das in Fig.4 dargestellte System eignet sich zur Betätigung des Querruders. Das Querruder ist hierbei Betätigung des Querruders. Das er 121 mit dem Zylinder des Überdurch den Lenker 121 mit dem Zylinder des Übertragers 12 verbunden. Das vom Flugzeugführer zu betätigende Gestänge weist in diesem Falle Lenker 111, tätigende Gestänge 211 auf, die durch einen Winkelhebel 33 verbunden sind. Der Winkelhebel trägt ein Gewicht 132, das auf Beschleunigungen des Flugzeuges in einer Ebene anspricht, die die Längsachse des Flugzeuges enthält und senkrecht zur Steigebene liegt.The system shown in Fig. 4 is suitable for operating the aileron. The aileron is the operation of the aileron. That he 121 with the cylinder of the via is connected to the cylinder of the transmitter 12 through the link 121. That Linkage to be operated by the pilot has in this case handlebar 111, active Linkage 211, which are connected by an angle lever 33. The angle lever carries a weight 132 which is responsive to accelerations of the aircraft in a plane, which contains the longitudinal axis of the aircraft and is perpendicular to the climb plane.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Aircraft control for aircraft with a Power-operated control surfaces, characterized by the combination of the following two well-known features: 1. That of the pilot to initiate the control surface movement The control linkage to be operated has a movably mounted weight (32, 132), the one of the control surface adjustment under the action of the acceleration forces causes inhibiting force acting against the control linkage in the control rods. 2. A device (18 to 27) is pre-called. 2. It's the one to see Product of the air speed, the one to the speed and the adjustment speed the control surface exerts approximately proportional counterforce on the control linkage.

2. Aircraft control according to claim 1, wherein the control surface adjustment by a hydraulic cylinder-piston system, characterized in that the control slide (18) of the hydraulic transmission device (14, 15) normally by a Toggle mechanism (24, 25) is held in a neutral position, the indigkeit a hydraulic pressure in the extended position that increases with increasing flight speed is held.