DE10116479A1 - Verfahren und Regeleinrichtung zur Verstellung einer im Rotorblatt eines Hubschraubers schwenkbar gelagerten Klappe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Regeleinrichtung zur Verstellung einer im Rotoblatt eines Hubschraubers schwenkbar gelagerten Klappe. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelverfahren und die entsprechende Regeleinrichtung zu entwickeln, um während des Flugbetriebes eine präzise Verstellung in alle notwendigen Winkelstellungen einer Klappe im Rotorblatt eines Hubschraubers zu gewährleisten. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und einrichtungsgemäß gelöst nach dem kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3. Die Erfindung ermöglicht eine Regelung in Echtzeit gegenüber an der Klappe angreifenden hoch dynamischen Kräften sowie Reibungskräften.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstellung einer im Rotorblatt eines Hub­ schraubers schwenkbar gelagerten Klappe, wobei mittels eines Meßorgans die Ver­ stellung der Klappe erfaßt und als elektrisches Meßsignal an eine Regeleinrichtung geliefert wird, eine Reglerausgangsgröße gebildet wird, die einen mittels Kraftübertra­ gungsmittel mit der Klappe verbundenen Piezoaktuator regelt, und das Kraftübertra­ gungsmittel mit der Stellkraft die Verstellung der Klappe ausführt.

Die Erfindung betrifft im weiteren auch eine dazugehörige Regeleinrichtung, wobei min­ destens ein Meßorgan angeordnet ist, das mit der Regeleinrichtung verbunden ist und ein regelbarer Piezoaktuator mittels Kraftübertragungsmittel mit der Klappe verbunden ist.

Das Rotorsystem eines Hubschraubers ist die Ursache für den Lärm und die Vibratio­ nen in der Kabine. Gleichzeitig erzeugt das Rotorsystem auch einen hohen Außenlärm­ pegel, insbesondere während des Landeanflugs. Diese Lärmemissionen und Vibrationen bedeuten eine starke Komfortminderung für Hubschrauberpassagiere und erweisen sich als ungünstig für die Umwelt. In der weiteren Entwicklung des Hubschrauberbaues gilt es diese Lärmemissionen und Vibrationen deutlich zu reduzieren.

Ein Entwicklungsweg dorthin ist der Einsatz und der Betrieb einer Klappe im auftrieber­ zeugenden Blatt, wobei die Klappe dort um ihre Schwenkachse schwenkbar angeordnet ist. Die schwenkbare Klappe ist im Bereich der Profilvorderkante und/oder der Profil­ hinterkante des Blattes angeordnet.

Der Einsatz einer Klappe im drehenden Rotorblatt eines Drehflüglers unterscheidet sich deutlich von der im starren Flügel eines anderen Luftfahrzeuges. Beide Einsatzbereiche sind nicht pauschal miteinander zu vergleichen.

Die Klappe ist im drehenden Rotorblatt ungewöhnlich starken Beanspruchungen ausge­ setzt. Diese Beanspruchungen gegenüber der Klappe resultieren aus

• - Vibrationen des drehenden Rotorblattes,
• - dynamischen Lasten aus der Fliehkraft am drehenden Rotorblatt,
• - dynamische Lasten infolge angreifender aerodynamischer Kräfte.

Diese Feststellung trifft zu für grundsätzlich alle mit dem Rotorblatt in Verbindung ste­ hende Bauelemente oder Baugruppen.

Die EP 1035015 A2, Abs. 0036 und 0037 beschreibt einen Klappenantrieb mit einer Klappe, die in ein Rotorblatt eingebaut sind und eine elektrische Regeleinrichtung für den Klappenantrieb. Der Klappenantrieb besteht aus einem Piezoaktuator, einem mit dem Piezoaktuator gekoppelten beweglichen Gelenkrahmen. Der Gelenkrahmen ist mittels Kraftübertragungsmittel mit einer schwenkbar gelagerten Klappe verbunden. Der Piezoaktuator ist einseitig an der inneren Struktur der Blattes befestigt und die Klappe ist in der Struktur des Blattes schwenkbar gelagert. Mit der Herstellung des Rotorblattes muss zugleich auch der Klappenantrieb mit Klappe in das Rotorblatt ein­ gebaut werden. Das Piezoelement als Herzstück eines Piezoaktuators übernimmt die Funktion eines Stellgliedes, welches die Klappe aus einer Grundstellung entlang eines Weges oder in einem Winkel verstellen kann. Das Stellsignal (Stellgröße Y) erhält der Piezoaktuator von der elektrischen Regeleinrichtung. Die Regeleinrichtung ist mit Messorganen verbunden. Ein Messorgan fühlt den Winkel der Klappenverstellung. Das entspricht der Regelausgangsgröße, die als Rückführgröße auf die Regeleinrichtung zurückgeführt wird. Mit der bekannten Lösung wird zwar dem in der Rahmenkonstrukti­ on eventuell vorhandenen Lagerspiel entgegen gewirkt, die Kraft-/Wegabhänigkeit des Piezoelements wird damit jedoch nicht beseitigt bzw. ausgeregelt.

Die bekannte technische Lösung beschreibt auch nicht wie die Regeleinrichtung auf Störgrößen reagieren kann, die aus den oben geschilderten Beanspruchungen resultie­ ren. Störgrößen können nicht befriedigend ausgeregelt werden.

Bei der Verwendung eines Piezoaktuators als Stellglied ist bekannt, dass eine strenge Proportionalität zwischen angelegter elektrischer Spannung und Dehnung des Piezoak­ tuators vorhanden ist. Aufgrund dieser konstanten Abhängigkeit ist es bekannt, die er­ forderliche Winkelstellung der Klappe in Anhängigkeit einer an den Piezoaktuator anzu­ legenden elektrischen Spannung zu regulieren. Das macht die Regeleinrichtung. Nach­ folgend wird deshalb ein Klappenantrieb mit Piezoaktuator betrachtet.

In der Praxis zeigt sich jedoch, daß eine ausschließliche Regelung des Winkels der Klappe nicht die gewünschten Ergebnisse bringt. Als Ursache werden eine Vielzahl von Einflüssen gesehen, die die Verstellung der Klappe störend beeinflussen.

Solche Einflußgrößen sind aerodynamische Kräfte wie die Umströmmung des Rotorblat­ tes, die Änderung der Anströmung des Rotorblattes, angreifende Luftwirbel, Schlepp­ wirbel in Folge von Blatt-Wirbel-Interferenzen, kurz BVI (Blade Vortex Interaction) ge­ nannt, aber auch mechanisch wirkende Einflußgrößen wir die Lagerreibung, die zeitliche Änderung der Lagerreibung der Klappe oder im Klappenantrieb. Einige diese Einflußgrö­ ßen (auch Störgrößen genannt)haben eine hohe Dynamik mit der sie an der Klappe an­ greifen.

Diese Störgrößen sind nicht vorhersehbar und quantitativ schwer zu erfassen. Eine hohe Dynamik der Störgrößen erfordert auch eine hohe Frequenz (etwa 50-100 Hz) der die Störgrößen ausregulierenden Stellhandlung gegenüber der Klappe. Dynamisch wirkende Störgrößen wurden bisher im Stand der Technik bei der Regelung einer Klappe vernachlässigt.

Aufgrund dieser technologischen Schwierigkeiten ist es problematisch, eine präzise funktionierende Regelung zu gestalten. Eine iterative Optimierung des Stellgröße oder die Suche nach einem Aktuator (Stellglied) mit anderer Funktionscharakteristik bringt keine verbesserten Ergebnissen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelverfahren und die entsprechende Regeleinrich­ tung zu entwickeln, um eine präzise Verstellung in alle notwendigen Winkelstellungen einer Klappe im Rotorblatt eines Hubschraubers während des Flugbetriebes zu ge­ währleisten.

Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Meßorgan an dem Kraft­ übertragungsmittel zwischen Piezoaktuator und Klappe die Stellkraft erfaßt und als Meßsignal an einen der Regeleinrichtung unterlagerten Folgeregler zugeführt wird, der Folgeregler als Führungsgröße die Reglerausgangsgröße der Regeleinrichtung erhält und der Folgeregler eine Reglerausgangsgröße bildet, die dem Piezoaktuator zuge­ führt wird und der Winkel-Sollwert-Geber der Regeleinrichtung eine Vorgabe des Soll­ wertes von einem äußeren Regler erhält.

Einrichtungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Meßorgan auf dem Kraft­ übertragungsmittel angeordnet ist und mit einem der Regeleinrichtung unterlagerten Regler verbunden ist und der Regler mit dem Piezoaktuator verbunden ist und die Re­ geleinrichtung mittels Sollwert-Geber mit einem äußeren Regler verbunden ist.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das kraftmessende Meßorgan ein Dehnungs­ meßstreifen. Dieses Meßorgan liefert ein entsprechendes elektrisches Meßsignal in ei­ ner Rückführung auf einen die Kraftmeßgröße regelnden Regler, der als Folgeregler zur Regeleinrichtung arbeitet.

Die Erfindung ermöglicht es, hoch dynamisch angreifende, aerodynamische Kräfte so­ wie Reibungskräfte im Mechanismus der Kraftübertragung zur Klappe und in der Klap­ penlagerung wirksam auszuregeln. Diese Störgrößen werden in Echtzeit ausgere­ gelt. Dies gelingt indem die Erfindung nicht abwartet bis die Regeldifferenz eine die Winkelmeßgröße regelnde Regeleinrichtung eine Korrektur der beabsichtigten Stellhand­ lung auslöst, sondern indem durch eine zusätzliche, sofortige Regelung einer Kraft­ meßgröße in einem Folgeregler die Stellgröße der Winkel-Regelung des Führungsreg­ lers beibehalten werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und entsprechender Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 Schema einer Vorrichtung zur Verstellung einer im Rotorblatt schwenkbar gelagerten Klappe,

Fig. 1a Anordnung zum Fühlen des Winkels, den die Klappe beim Verstellen zu­ rücklegt,

Fig. 2 Regeleinrichtung zur Verstellung einer im Rotorblatt schwenkbar gelagerten Klappe.

Im weiteren ist es für die Funktion der Erfindung unerheblich, ob ein Klappenantrieb in der Struktur des Blattes gelagert ist oder in einem gekapselten Modul gelagert ist, wel­ ches in der Struktur des Blattes integrierbar ist.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Verstellung einer im Rotorblatt eines Hubschraubers schwenkbar gelagerten Klappe. Die Darstellung ist schematisch, d. h. Hubschrauber und Rotorblatt sind nicht explizit dargestellt, sondern nur die zu regelnde Klappe mit Klap­ penantrieb.

Die Klappe besitzt eine Schwenkachse, die in einer Lagerung des Blattes in einem Win­ kelabschnitt schwenkbar gelagert ist. In diesem Winkelabschnitt ist jeder Winkelbetrag kontinuierlich einstellbar. Die Klappenfahne zeigt in Richtung der Profilkante des Blat­ tes, wobei im Ausführungsbeispiel die Klappenfahne 71 in Richtung Profilhinterkante ausgerichtet ist. Es ist jedoch auch der Einsatz einer Klappe im Bereich der Profilvor­ derkante möglich.

Der Klappenantrieb wird von einem Piezoaktuator 10 realisiert.

Im einfachsten Fall besteht der Piezoaktuator 10 aus einem Piezoelement 100 mit be­ weglichem Rahmen 101 und einem Kraftübertragungsmittel 11, der Zugstrebe 110. Eine zweite Zugstrebe 111 ist mit einem Federmittel (nicht dargestellt) verbunden, wel­ ches von der Struktur des Blattes gehalten wird. Es gibt auch das Beispiel, wo das Federmittel durch einen zweiten Piezoaktuator ersetzt wird. Dies ist jedoch schon eine komfortablere Lösung. Der Einsatz eines zweiten Piezoaktuators hat jedoch keinen Einfluß auf die Erfindung.

Vom Piezoaktuator 10, der im Blatt gehalten und gelagert ist, wird die Stellkraft mittels Strebe 110 auf die Klappe 7 übertragen. Die Strebe ist vorteilhafterweise eine biege­ steife. Die Strebe zieht oder schiebt und wird nachfolgend "Zugstrebe" genannt.

Im Ausführungsbeispiel wird eine Ausgestaltung erläutert, die im Vergleich zum Stand der Technik einem Praxisbetrieb besser gerecht wird und zwei Zugstreben 110, 111 verwendet.

Ausgehend von einer fiktiven Mittelpunktlinie der Schwenkachse 70 greifen die beiden Zugstreben 110, 111 exzentrisch zur Mittelpunktlinie an der Schwenkachse 70 der Klappe 7 an. Die beiden Zugstreben 110, 111 sind gegeneinander um 180° versetzt. Federmittel und Piezoaktuator 10 wirken in einem vorgespannten Zustand gegeneinan­ der und erreichen ein Kräftegleichgewicht, welches in einem vorgespannten Zustand die Klappe in einer (Weg/Winkel-)Grundstellung hält.

Erfolgt eine weitere Dehnung des Piezoaktuators 10, wird mittels beweglichen Rahmen 101 seine Zugstrebe 110 von der Klappe 7 weiter weg gezogen. Die Klappe 7 verstellt sich aus der Grundstellung in eine gewünschte Arbeitsstellung. Soll diese Arbeitsstel­ lung wieder verlassen werden in Richtung Grundstellung, muß der Piezoaktuator 10 etwas kontrahieren. Seine Zugstrebe 110 schiebt und die Zugstrebe 111 des Federmit­ tels zieht bis die Grundstellung erreicht ist.

Auf diesen Verstellvorgang wirken Störgrößen ein, deren Wirkung an späterer Stelle beschrieben werden wird.

Bei der Verstellung der Klappe ist es wichtig, den tatsächlich durch die Klappe einge­ nommenen Ist-Winkel zu fühlen und als elektrisches Meßsignal an die Regeleinrichtung weiterzugeben. Der Ist-Winkel ist kontinuerlich zu fühlen. Der Ist-Winkel könnte als Äquivalent auch als ein Ist-Weg dargestellt werden. Aufgrund trigonometrischer Funkti­ onen zwischen einem Winkel und dem zuordenbaren Verstellweg kann der Klappenwin­ kel stets auch als Wegstrecke ermittelt und dargestellt werden. Beide Möglichkeiten sind gleichwertig. Aus Gründen der Vereinfachung wird nachfolgend nur von der Er­ mittlung und Darstellung des Winkels der Klappe berichtet.

Auch andere physikalische Prinzipien zur Ermittlung eines Weges oder Winkels sind einsetzbar. Das Meßorgan 2 zum Fühlen einer Winkeländerung sollte jedoch berüh­ rungslos gegenüber der Klappe arbeiten.

Fig. 1a zeigt ein Beispiel zum Fühlen des Winkels, den die Klappe beim Verstellen aus einer Grundstellung zurücklegt. Ein Metallblech als kleine Metallfahne 20 ausgebildet, wird mit der Struktur 72 der Klappe 7 fest verbunden. Bei der Verbindung mit der Me­ tallfahne sollte die Klappe eine definierte Winkelstellung haben. Das kann beispielswei­ se eine Grundstellung (0°) der Klappe sein. Dabei befindet sich die Klappenfahne in der Kontur der Blatthinterkante. Oberhalb und unterhalb der Metallfahne 20, aber beabstandet zur Metallfahne, befindet sich je ein elektrischer Spulenkörper 21, 22. In einer feststehenden Halterung 200 der Blattstruktur sind die beiden Spulenkörper 21, 22 so angeordnet, daß sich ein Meßspalt 201 bildet und zwischen ihnen nach Anle­ gen einer Wechselspannung ein magnetisches Wechselfeld aufbaut. Beide Spulenkör­ per 21, 22 sind mittels einer elektronischen Schaltung (nicht dargestellt) mit einem elektronischen Demodulator verbindbar (nicht dargestellt). Der elektronische Demo­ dulator erzeugt nun eine Gleichspannung, welche sich proportional zum Winkel der Me­ tallfahne 20 zwischen den Spulenkörpern 21, 22 verhält. Die Verwendung zweier Spulenkörper ermöglicht die Realisierung einer linearen Arbeitskennlinie des Messorgans 2. Als vereinfachte Ausführung wäre aber auch die Verwendung nur eines Spulenkörpers möglich.

Als Messorgan 2 zur Ermittlung des Winkels ist jedoch auch ein Absolutwertgeber (ab­ soluter Impulsgeber) denkbar, der mechanisch mit der Schwenkachse der Klappe kop­ pelbar ist. Bei einem Absolutwertgeber ist die Winkelposition als digitale Information auf seiner Teilscheibe enthalten. Damit steht nach dem Einschalten die exakte Position der Schwenkachse als digitales Bit-Muster zur Verfügung. Die Teilscheibe des Absolut­ wertgebers ist in mehrere Spuren aufgeteilt, die jeweils von einem optischen Sensor abgetastet werden und das Ergebnis in ein elektrisches Meßsignal wandeln, dass einer Regeleinrichtung zur Verfügung steht.

Es gibt aber auch die Möglichkeit zum Fühlen des Weges, der proportional dem Winkel der Verstellung ist. Dieser Weg kann vorteilhafterweise mit der Bewegung der Zugstre­ be 110 des Piezoaktuators 10 erfaßt werden. In einer feststehenden Halterung, unab­ hängig von der Zugstrebe 110 sind beabstandet zwei Spulen zueinander so angeordnet, daß sie ebenfalls einen Meßspalt bilden. In diesen Meßspalt ist ein entsprechend di­ mensioniertes Metallblech angeordnet, welches mit einer Zugstrebe 110 verbunden ist. Die Bewegung der Zugstrebe 110 kann das Metallblech zwischen zwei Endpositionen kontinuerlich bewegen. Nach Anlegen einer Wechselspannung an die beiden Spulen­ körper wird ein magnetisches Wechselsfeld aufgebaut. Beispielsweise ein elektroni­ scher Demodulator erzeugt eine Gleichspannung, welche sich proportional zur Position des Metallblechs im Meßspalt verhält.

Fig. 2 zeigt eine Regelung 1 der Verstellung einer im Rotorblatt schwenkbar gelagerten Klappe. Die Klappenfahne wird dabei um die Schwenkachse geschwenkt.

Die genannten Ausführungsbeispiele für Weg/Winkel-Meßorgane können Anwendung finden für eine Regeleinrichtung 1 zur Klappenverstellung. Nachfolgend wird nur ein winkelmessendes Messorgan 2 betrachtet. Das vom Winkel-Messorgan 2 gewonnene Meßsignal wird an den Eingang einer Regeleinrichtung 13 mit dem Regler 3 geführt. Dieser Regler 3 erhält seine Führungsgröße w₂ von einem Winkel-Sollwert-Geber 4. Im Regler 3 wird aus der vorgegebenen Führungsgröße w₂ und dem rückgeführten Meß­ signal r₂ eine Reglerausgangsgröße Y_R2 gebildet.

Der Winkel-Sollwert-Geber 4 erhält den Sollwert von einem sogenannten äußerem Regler 5. Dieser äußere Regler 5 beinhaltet Regelalgorithmen
zur Reduzierung von BVI,
zur Reduzierung von Vibrationen in der Hubschrauberkabine und
zur Minimierung des Strömungswiderstandes eines Hubschraubers im Reiseflug.

Zu diesem Zweck steht der äußere Regler 5 mit einem Meßorgan 6 oder entsprechend mehreren in Verbindung. Solche Meßorgane fühlen Schallgeräusche durch BVI oder Vibrationen der Kabinenstruktur oder den Strömungswiderstand.

Die regelbare Klappe 7 im Rotorblatt ist geeignet, BVI zu reduzieren und/oder Vibratio­ nen in der Kabine zu reduzieren und/oder den Strömungswiderstand eines Rotorblattes im Reiseflug zu minimieren.

In Abhängigkeit der Vorgabe des Piloten gegenüber dem äußeren Regler 5 liefert dieser eine entsprechende Führungsgröße w₀ als Sollwert an den Winkel-Sollwert-Geber 4. Die Sollwert-Vorgabe durch den äußeren Regler 5 erweist sich als zweckmäßig, da bei­ spielsweise die Reduzierung von BVI vorzugsweise im Landeanflug erforderlich wird. Beim Landeanflug sollte die Klappe im Rotorblatt ständig so gesteuert werden, daß das drehende Rotorblatt kurzfristig einem Schleppwirbel (BVI) ausweichen kann. Mit Errei­ chen eines Flugzustandes mit BVI macht der äußere Regler 5 eine entsprechende Sollwert-Vorgabe.

Aerodynamische Kräfte auf die Klappe und Reibungskräfte bei den Kraftübertragungs­ mitteln sowie in der Lagerung der Klappe sind Störgrößen, die einen einzustellenden Winkel der Klappe 7 unerwünscht beeinflussen. Die Folge ist, daß die Stellhandlung zu einer fehlerhaften Winkeleinstellung der Klappe 7 führt. Eine alleinige Winkel­ verstellung nur mit einer Regeleinrichtung muß diesen Einstellfehler mit einer erneuten Stellhandlung ausgleichen.

Das ist nachteilig. Insbesondere die aerodynamischen Kräfte wie Wirbel oder Schlepp­ wirbel aus BVI sind hoch dynamisch wirkende Kräfte. Die Erfindung paßt die Regelein­ richtung 13 der Kräftedynamik an. Der Erfindung gelingt es, trotz hoher Dynamik der angreifenden Kräfte, den Zeitverzug (Totzeit) vom Angriff einer hoch dynamischen Stör­ größe z bis zur Erreichung des erforderlichen Verstellwinkels der Klappe 7 erfolgreich zu minimieren. Dies gelingt indem die Erfindung nicht abwartet bis die Regeldifferenz der Regeleinrichtung 13 eine Korrektur der beabsichtigten Steilhandlung auslöst, son­ dern indem durch eine zusätzliche, sofortige Kraft-Regelung die Stellgröße der Winkel- Regelung beibehalten werden kann.

In diesem Sinne wird die Reglerausgangsgröße Y_R2 der Regeleinrichtung 13 auf einem weiteren Regler, einen sogenannten Kraft-Regler 9 geführt. Der Kraft-Regler 9 hat ein Meßorgan 8, welches die störenden Kräfte gegenüber der Winkelverstellung fühlt.

Wie bereits erläutert, sind die wesentlichen Störgrößen z (aerodynamische Kräfte und Reibungskräfte) gegenüber einer Klappenverstellung von unterschiedlicher Größe und Dynamik und haben unterschiedliche Angriffsorte. Dennoch gelingt es der Erfindung in der Stelleinrichtung 14 einen geeigneten Meßort und ein geeignetes Meßorgan zu fin­ den, so daß mit nur einem Meßorgan die Gesamtheit der wesentlichen Störgrößen z meßtechnisch genau erfaßt werden kann.

Dieses Meßorgan 8 fühlt die Kräfte, die als Widerstände in Folge einwirkender aerody­ namischer Kräfte auf die Klappe 7 wirken, aber auch Reibungskräfte im Weg vom Pie­ zoaktuator 10 zur Klappe 7 als auch Reibungskräfte in der Lagerung der Klappe selbst. Dieses Meßorgan 8 zum Fühlen der Kraft ist an einem Kraftübertagungsmittel 11 ange­ ordnet, vorteilhafterweise an der Zugstrebe 110 (Fig. 1) des Piezoaktuators 10. Das kraftmeßende Meßorgan 8 ist beispielsweise ein Dehnungsmeßstreifen, der an der O­ berfläche der Zugstrebe angeordnet ist. Jeder Bewegung der Zugstrebe ist ein Stellwin­ kel der Klappe 7 zuordenbar. Zugkraft oder Schubkraft der Zugstrebe (110) sind ein Maß für den tatsächlich erreichbaren Winkel der Klappe 7. Die mit dem Dehnungs­ meßstreifen gemessene Zug- oder Schubkraft ist jene Kraft, die tatsächlich vorhanden ist, um die Klappe 7 verstellen zu können nachdem der Widerstand störender Kräfte (aerodynamische Kräfte, Reibungskräfte) überwunden ist. Diese Zug- oder Schubkraft wird von Dehnungsmeßstreifen als Meßorgan 8 erfaßt und in ein elektrischen Meß­ signals gewandelt.

Dieses elektrische Meßsignal entspricht regelungstechnisch einer Rückführgröße r₂, die an den Kraft-Regler 9 zurückgeführt wird.

Die Reglerausgangsgröße Y_R2 der Regeleinrichtung 13 wird dem Kraft-Regler 9 ebenfalls zugeführt. Die Reglerausgangsgröße Y_R2 bildet die Führungsgröße für den Kraft-Regler 9. Der Kraft-Regler 9 entspricht somit einem Folgeregler 12 innerhalb einer Kaskaden­ regelung.

Aus der Rückführgröße r₁ und der Reglerausgangsgröße Y_R2, die als Führungsgröße wirkt, bildet der Kraft-Regler 9 einer Reglerausgangsgröße Y_R1. Diese Reglerausgangs­ größe Y_R1 wird an den Piezoaktuator 10 der Stelleinrichtung 14 weitergegeben. Die Reglerausgangsgröße Y_R1 entspricht einer am Piezoelement 100 anzulegenden elektri­ schen Ruhespannung. Dabei ist das Piezoelement 100 bereits in bekannter Weise vor­ gespannt. Die anzulegende Ruhespannung erzeugt beispielsweise eine Dehnung des Piezoelements. Das Piezoelement 100 ist der eigentliche Antrieb des Piezoaktuators 10. Diese Dehnung des Piezoelements 100 ist ein Maß für die Stellgröße Y, die auf das Kraftübertragungsmittel 11 wirkt. Das Kraftübertragungsmittel 11 ist eine der Zugstreben, die die Verbindung zwischen Piezoaktuator 10 und Klappe 7 herstellt. Nach der bekannten Bauweise eines Piezoaktuators 10 erzeugt die Dehnung des Piezo­ elements einen Zug in der Zugstrebe, so daß die Klappe 7 verstellt wird. Die Zugkraft wird als Regelgröße x₁ vom Meßorgan 8 erfaßt und als Rückführgröße r₁ an den Kraft- Regler 9 zurückgeführt. Das Meßorgan 2 erfaßt den Winkel als Regelgröße x₂ und führt dieses in ein elektrisches Meßsignal gewandelt als Rückführgröße r₂ an den Regler 3 zurück. Der Regler 3 besitzt als weiteren Eingang den Winkel-Solwert-Geber 4, der die Sollwerte als Führungsgröße w₀ vom äußeren Regler 5 vorgegeben bekommt.

Die Regeleinrichtung 13 arbeitet als ein Führungsregler für den nachfolgenden Folge­ regler 12.

Wenn der Führungsregler seine Regel-Ausgangsgröße Y_R2 als Führungsgröße für den Folgeregler 12 ausgibt, wird damit ein Einfluß auf die Bildung der Stellgröße Y (Stellsig­ nal) durch den Folgeregler 12 ausgeübt. Die Stellgröße Y ist indirekt ein Maß für die zu erzeugende Stellkraft und diese ein Maß für den einzustellenden Winkel der Klappe, vorausgesetzt es wären statische Bedingungen. Die benannten Störgrößen z beeinflus­ sen jedoch die Einstellung des Winkels der Klappe 7, so daß dieser Winkel mit einer ersten Stellhandlung nicht erreicht werden würde. Diesen Nachteil verhindert der Fol­ geregler 12. Mittels Meßorgan 8 des Folgereglers 12 wird die tatsächliche Stellkraft bereits unter Abzug der störenden Kräfte erfaßt und dem Folgeregler 12 neben der noch vorhandenen ursprünglichen Führungsgröße in Echtzeit zugeführt, so daß die Stellkraft noch während des Stellvorganges um den Betrag der störenden Kräfte korri­ giert werden kann.

Es wird somit verhindert, daß sich mit einer geringeren Stellkraft (in Folge Störgröße­ neinfluß) erst ein geringerer Winkel der Klappe 7 einstellt, um dann in einem nachfol­ genden, weiteren Regelungsschritt erneut um die Differenz des Störgrößeneinflusses in einem Winkel verstellt zu werden. Der Folgeregler 12 ermöglicht eine hohe dynamische Reaktion auf die an der Klappe 7 angreifenden, hoch dynamischen Kräfte sowie eine Erfassung der benannten Störgrößen in ihrer Gesamtheit. Das entspricht einer Echtzeit- Regelung.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verstellung einer im Rotorblatt eines Hubschraubers schwenkbar gela­ gerten Klappe, wobei mittels eines Meßorgans die Verstellung der Klappe erfaßt und als elektrisches Meßsignal an eine Regeleinrichtung geliefert wird und eine Regleraus­ gangsgröße gebildet wird, die einen mittels Kraftübertragungsmittel mit der Klappe verbundenen Piezoaktuator regelt, und das Kraftübertragungsmittel mit der Stellkraft die Verstellung der Klappe ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßorgan (8) an dem Kraftübertragungsmittel (11) zwischen Piezoaktuator (10) und Klappe (7) die Stellkraft erfaßt und als Meßsignal an einen der Regeleinrichtung (13) unterlagerten Folgeregler (12) zugeführt wird, der Fol­ geregler (12) als Führungsgröße die Reglerausgangsgröße (Y_R2) der Regeleinrichtung (13) erhält und der Folgeregler (12) eine Reglerausgangsgröße (Y_R1) bildet, die dem Piezoaktuator (10) zugeführt wird und der Winkel-Sollwert-Geber (4) der Regeleinrich­ tung (13) eine Vorgabe des Sollwertes von einem äußeren Regler (5) erhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein kraftmeßendes Me­ ßorgan (8) verwendet wird.

3. Regeleinrichtung zur Verstellung einer im Rotorblatt eines Hubschraubers schwenkbar gelagerten Klappe, wobei mindestens ein Meßorgan angeordnet ist, das mit der Regel­ einrichtung verbunden ist und ein regelbarer Piezoaktuator mittels Kraftübertragungs­ mittel mit der Klappe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßorgan (8) auf dem Kraftübertragungsmittel (11) angeordnet ist und mit einem der Regeleinrichtung (13) unterlagerten Regler (9) ver­ bunden ist und der Regler (9) mit dem Piezoaktuator verbunden ist und die Regelein­ richtung (13) mittels Sollwert-Geber (4) mit einem äußeren Regler (5) verbunden ist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßorgan (8) die durch das Kraftübertragungsmittel (11) übertragene Kraft mißt.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßorgan (8) ein Dehnungsmeßstreifen ist.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (9) die Kraftmeßgröße regelt.