DE102006041483A1

DE102006041483A1 - Optimized operation method for the operation of aircraft landing gears

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Publication number: DE102006041483A1
Application number: DE200610041483
Authority: DE
Inventors: Taehun Seung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2008-03-06
Also published as: WO2008028474A1; WO2008028473A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Eliminierung der unvorteilhaften Leistungsspitzen, die bei der konventionellen Betätigung von Luftfahrzeugfahrwerken durch Vorgabe eines ungünstigen Verstellgeschwindigkeitsprofils entstehen. Die Leistungsspitzen spielen in der Regel für die Dimensionierung des Aggregates eine maßgebliche Rolle. Um den zeitlichen Verlauf der erforderlichen Leistung möglichst konstant zu halten, wird die Leistung mit einer Obergrenze limitiert, deren Höhe für eine vorgegebene Dauer durch die arithmetische Mittelwertbildung aus der erforderlichen physikalischen Gesamtarbeit festgelegt wird. Hierdurch reduziert sich die erforderliche Leistung signifikant. Durch diese neue Systemauslegung kann die Reduzierung des Leistungsniveaus dazu führen, dass das System mit einem erheblich kleineren Aggregat betrieben werden kann. Des Weiteren wurde eine Kompensationsmethode gegen interne Leckagen vorgestellt, um einen sensorlosen Betrieb im Falle einer hydraulischen Betätigung zu ermöglichen. Diese Methode nutzt die Erkenntnis aus, dass es sich bei der Betätigung eines Flugzeugfahrwerkes im Vergleich zu anderen Betätigungen eher um eine routinierte Wiederholung im ähnlichen Lastniveau handelt. Es wird dabei zunächst eine statistisch begründete Zuschlagsmenge an Hydrauliköl in den Kontrollkreis beigegeben und dann gegen Ende der Betätigungsdauer das eventuell noch vorhandene Defizit auf ein Mal kompensiert.The present invention is concerned with the elimination of the unfavorable power spikes that result from the conventional actuation of aircraft landing gear by setting an unfavorable pitch velocity profile. The power peaks usually play a significant role in the dimensioning of the unit. In order to keep the temporal course of the required power as constant as possible, the power is limited with an upper limit, the amount of which is determined for a given duration by the arithmetic mean of the required total physical work. This significantly reduces the required performance. With this new system design, reducing the power level can mean that the system can operate with a significantly smaller unit. Furthermore, a compensation method against internal leakages was presented to enable sensorless operation in case of hydraulic actuation. This method takes advantage of the finding that the operation of an aircraft landing gear compared to other operations is more of a routine repetition at a similar load level. It is first added a statistically justified additional amount of hydraulic oil in the control circuit and then compensated for any deficit at the end of the period of operation at one time.

Description

Die Betätigung eines einziehbaren Fahrwerks, insbesondere der Einziehvorgang ist für den Energiehaushalt eines Flugzeuges von großer Bedeutung, wobei die Fahrwerksbetätigung aufgrund der hohen Leistungsdichte vorzugsweise mit Hydraulik bewerkstelligt wird. Im Vergleich zu einer reinen elektro-mechanischen Betätigungseinheit bietet die hydraulische Betätigung in Puncto ,Reset' und ,Restart' relativ einfache Steuermöglichkeiten mit wenigen Systemkomponenten an. Aus diesen Gründen, und darüber hinaus auch aus Aspekten der Wartungsfreundlichkeit haben sich die „Electro-Hydrostatic Actuators"-kurz EHA genanntin der jüngsten Vergangenheit bei der primären Flugsteuerung fest etabliert. Es handelt sich beim EHA um einen Aktuator mit einer eigenen Hydraulikpumpe, die von einem integrierten Elektromotor angetrieben wird. 1 zeigt das Prinzip von EHA schematisch. Da der Hub eines Hydraulikzylinders mit dem Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit im proportionalen Verhältnis steht (Idealfall, ohne Leckage), stellt die Fördermenge der Pumpe, letztendlich die Drehzahl des Elektromotors, für den Regelkreis die Stellgröße dar. Jedoch werden die gängigen EHAs aufgrund der hohen Anforderung an die Positioniergenauigkeit im geschlossenen Regelkreis betrieben. Die Überwachung der Position erfordert dabei einen relativ hohen Aufwand. Als 'Power by Wire'-System stellt das EHA-Prinzip eine gute Ausgangsbasis für eine dezentralisierte Hydraulikversorgung eines Fahrwerksystems dar (Stand alone Landing Gear). Der Hauptunterschied zwischen EHAs von Flugsteuerungen und solchen von Fahrwerken im Betrieb besteht darin, dass das Fahrwerk stets nur die vordefinierte Operation bei einer -mehr oder wenigerbekannten, vordefinierten Situation ausführt. Das Ein-. u. Ausfahren eines Flugzeugfahrwerkes entspricht also eher einer routinenmäßigen Steuerung, während die Flugsteuerung überwiegend gegen unvorhersehbare Lastenanforderungen mit einem geschlossenen Regelkreis flexibel reagieren muss.The operation of a retractable landing gear, in particular the Einziehvorgang is for the energy balance of an aircraft of great importance, the suspension operation is preferably accomplished due to the high power density with hydraulic. Compared to a pure electro-mechanical actuation unit, the hydraulic actuation in terms of 'reset' and 'restart' offers relatively simple control options with few system components. For these reasons, and moreover, for ease of serviceability, the Electro-Hydrostatic Actuators-called EHA for short-have recently become firmly established in primary flight control: the EHA is an actuator with its own hydraulic pump, which is manufactured by an integrated electric motor is driven. 1 shows the principle of EHA schematically. Since the stroke of a hydraulic cylinder is proportional to the flow of the hydraulic fluid (ideally, without leakage), the pump output, and finally the speed of the electric motor, is the control variable for the control loop. However, due to the high demand, the current EHAs become the positioning accuracy operated in a closed loop. The monitoring of the position requires a relatively high effort. As a 'Power by Wire' system, the EHA principle provides a good starting point for a decentralized hydraulic supply for a chassis system (stand alone landing gear). The main difference between EHAs of flight controls and those of landing gears in operation is that the landing gear always performs only the predefined operation in a-more or less-known, predefined situation. To be there-. u. Extending an aircraft landing gear thus rather corresponds to a routine control, while the flight control must respond flexibly mainly to unpredictable load requirements with a closed loop.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einer neuen Betriebsmethode eines Flugzeugfahrwerkes basierend auf das EHA-Prinzip vom Stand der Technik.The present invention employs based on a new method of operation of an aircraft landing gear on the EHA principle of the state of the art.

Erfindungsgemäß wird hier eine extrem hohe Gewichtsreduzierung am Antriebssystem des Fahrwerkes bzw. eine signifikante Systemvereinfachung erzielt.According to the invention is here an extremely high weight reduction on the drive system of the chassis or achieved a significant system simplification.

Weil die einziehbaren Fahrwerke der modernen Flugzeuge in der Regel aus bereits erwähnten Gründen hydraulisch betätigt werden, wird es bei den nachfolgenden Betrachtungen anhand einer hydraulischen Betätigung erläutert. 2 zeigt ein Prinzipschema eines einziehbaren Flugzeugfahrwerkes.Because the retractable landing gear of modern aircraft are usually operated hydraulically for reasons already mentioned, it will be explained in the following considerations by means of a hydraulic actuation. 2 shows a schematic diagram of a retractable aircraft landing gear.

Systemparameter und deren Auswirkung an den Energiehaushalt bzw. HardwaregestaltungSystem parameters and their effects the energy budget or hardware design

Die Betriebslast eines EinziehfahrwerkesThe operating load of a retractable landing gear

Unabhängig von Bauarten -ob mechanisch oder hydraulisch- ist die Betriebslast des Aktuators in 2 zunächst von der Eigengewichtskraft des Fahrwerkes abhängig. Der Aktuator ist in der Regel mit dem Fahrwerksgestell mechanisch über ein Gelenk verbunden. Demzufolge besteht ein fester, positionsabhängiger Zusammenhang zwischen dem Hub des Aktuators und der aktuellen Fahrwerksposition während eines Betätigungsvorganges. Bedingt durch die Potentialenergiedifferenz steigt die Betriebslast generell mit dem zunehmenden Einfahrwinkel während des Einziehvorganges an. Die Gewichtslast ist somit eine feste Größe, die durch den geometrischen Aufbau des Fahrwerkes festgelegt wird. Zu derartigen Fixgrößen sind außer dieser einfachen Gewichtskraft auch Lagerreibungswiderstände und Federvorspannungskräfte am Betätigungsmechanismus etc. zu nennen.Regardless of types -ob mechanical or hydraulic- the operating load of the actuator is in 2 initially dependent on the dead weight of the chassis. The actuator is usually mechanically connected to the chassis frame via a joint. Consequently, there is a fixed, position-dependent relationship between the stroke of the actuator and the current chassis position during an actuation process. Due to the potential energy difference, the operating load generally increases with the increasing entry angle during the retraction process. The weight load is thus a fixed size, which is determined by the geometric structure of the chassis. In addition to this simple weight force, bearing friction resistances and spring preload forces on the actuating mechanism, etc., are to be mentioned for such fixed variables.

Des Weiteren erfährt das Flugzeug im Flugbetrieb -je nach Manöver-Lastvielfache und aerodynamische Kräfte. Die erforderliche Kraft zum Einziehen des Fahrwerkes an einem Zeitpunkt ändert sich also zusätzlich nach dem momentanen Lastvielfachen und den aktuellen aerodynamischen Kräften.Of Further learns the aircraft in flight - depending on maneuver load multiple and aerodynamic Forces. The force required to retract the landing gear at one time changes in addition according to the momentary load multiple and the current aerodynamic Forces.

3 zeigt einen typischen, maximalen Lastenverlauf am Aktuator bezogen auf die Fahrwerksposition. Das max. erlaubte Lastvielfache ist im Kurvenverlauf mitberücksichtigt (Es verursacht generell eine Parallelverschiebung der Kurve nach oben). Es ist an dieser Stelle anzumerken, dass dieser Lastenverlauf als unbeeinflussbare Festgröße zu betrachten ist. Die zusätzliche, maximale, aerodynamische Last wurde hier nicht berücksichtigt. Sie ist jedoch sowohl numerisch als auch experimentell separat bestimmbar. Wäre diese in 3 berücksichtig, würde der Kurvenverlauf somit keinen typischen Maximallastenverlauf, sondern die maximale Lastgrenze darstellen. Die Darstellung in 3 mit dem Maximallastenverlauf ohne aerodynamischen Anteil ist hier zum Erläutern des zu beschreibenden Steuerprinzips zweckdienlich. 3 shows a typical, maximum load curve on the actuator relative to the chassis position. The max. allowed load multiple is taken into account in the course of the curve (it generally causes a parallel shift of the curve upwards). It should be noted at this point that this load history is to be regarded as a non-influenceable fixed quantity. The additional, maximum aerodynamic load was not considered here. However, it can be determined separately both numerically and experimentally. Would this be in 3 Thus, the curve would not represent a typical maximum load curve but the maximum load limit. The representation in 3 with the maximum load history without aerodynamic portion is useful here for explaining the control principle to be described.

Grundlagen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung:Principles for explaining the present invention:

Die Zusammenhänge zwischen der Verstellgeschwindigkeit des Aktuators und der Energiebedarf während des EinziehvorgangesThe relationships between the adjustment speed of the actuator and the energy consumption during the Einziehvorganges

Die hydraulische Kraft F wird im Allgemeinen geschrieben als: F = Δp·A GL(1)wobei

F:: Kraft [N]
p:: Differentialdruck in der Kolbenkammer [Pascal]
A:: Fläche [m²] sind.

The hydraulic force F is generally written as: F = Δp · A GL (1) in which

F:: Force [N]
p:: Differential pressure in the piston chamber [Pascal]
A:: Area [m ² ] are.

Mit GL. (1) kann man den erforderlichen Differentialdruck bei einer vorgegebenen Kraft und bekannten Aktuatorabmessungen leicht bestimmen.With GL. (1) one can the required differential pressure at a predetermined force and known actuator dimensions easily determine.

Die Beziehung lässt sich auch formulieren als: Δp ~ F ≈ L GL(2) The relationship can also be formulated as: Δp ~ F ≈ L GL (2)

Hierbei ist der Differentialdruck Δp nichts anders als der Druck bei einer Gleichgewichtssituation (Stall Pressure, die Aktuatorkraft steht mit der Außenlast im Gleichgewicht.) Die aktuelle Gesamtlast L ändert sich mit dem Einziehwinkel des Fahrwerkes. Es ist an dieser Stelle zu bemerken, dass die Kraft F aufgrund des Wirkungsgrades η_mech nicht exakt der Gesamtlast L entspricht. Der Wirkungsgrad hängt von den mechanischen Begebenheiten und manchmal sogar von der Laufrichtung ab.Here, the differential pressure Δp is nothing other than the pressure in an equilibrium situation (stall pressure, the actuator force is in balance with the external load.) The current total load L changes with the retraction angle of the chassis. It should be noted at this point that the force F due to the efficiency η _mech does not exactly equal to the total load L. The efficiency depends on the mechanical conditions and sometimes even on the direction of rotation.

Es gilt:

The following applies:

Die hydraulische Leistung P ist ein Produkt von Differentialdruck Δp und dem momentanen Durchfluss.The hydraulic power P is a product of differential pressure Ap and the current flow.

Die Definition läßt sich schreiben: P = Δp·Q . GL(4) The definition can be written: P = Δp · Q. GL (4)

Bei einer bekannten Kolbenfläche A ist die Hubgeschwindigkeit v eines Aktuators:

In a known piston area A, the lifting speed v of an actuator is:

Der Leistungsbedarf lässt sich aus GL(4) und GL(5) ermitteln: P = Δp·ν·A GL(6) The power requirement can be determined from GL (4) and GL (5): P = Δp · ν · A GL (6)

Nach der GL(6) hängt der Leistungsbedarf bei einer vorgegebenen Kolbenfläche und einem Differentialdruck nur von der Verstellgeschwindigkeit des Aktuators (Hubgeschwindigkeit) ab.To the GL (6) hangs the power requirement for a given piston area and a differential pressure only from the adjustment speed of Actuator (stroke speed) from.

Die Geschwindigkeitskontrolle während der Endphase der Betätigung Neben der allgemeinen Geschwindigkeitskontrolle (d.h.: Begrenzung der maximalen Geschwindigkeit) stellt die Endlagendämpfung eine der wichtigsten Anforderungen beim Ein- u. Ausfahren des Fahrwerkes dar. Ihre Aufgabe besteht darin, die große Masse der bewegten mechanischen Komponenten am Ende der Betätigung mit adäquater Dämpfung abzubremsen.The Speed control during the final phase of the operation In addition to the general speed control (ie .: limitation the maximum speed), the end position damping is one of the most important requirements for integration Extending the landing gear Their task is to control the large mass of moving mechanical Components at the end of the operation with adequate Slow down damping.

Zur Endlagendämpfung benutzen konventionelle Hydraulikaktuatoren, die mit konstantem Versorgungsdruck betrieben werden, in den meisten Fällen Widerstandsdrosseln, die streckenabhängig geschaltet werden. Nicht selten werden so genannte Schwimmkolben zusätzlich als Ergänzung eingesetzt. Derartige Einrichtungen werden in der angelsächsischen Literatur ,Snubbing device' bezeichnet. Es handelt sich bei diesen Einbauten um eine Einrichtung, die ab einer bestimmten Kolbenposition die Fließmenge der hydraulischen Flüssigkeit so einschränkt, dass die Geschwindigkeit des Systems – und damit letztendlich die Stoßwirkung an der Systemstruktur – gedämpft wird. Im konventionellen System mit konstantem Versorgungsdruck sind die Parameter einer derartigen Einrichtung vorab festgelegt und während des Betriebes nicht veränderbar. Als Parameter sind zum Beispiel Startposition der Dämpfung bzw. deren Wirkungsstärke, Richtungsabhängigkeit usw. zu nennen.For end-of-stroke damping, conventional hydraulic actuators operating at constant supply pressure usually use resistance throttles that are switched in a distance-dependent manner. Not infrequently, so-called floating piston additionally used as a supplement. Such devices are referred to in the Anglo-Saxon literature, snubbing device '. These are these Installation around a device that restricts the flow rate of the hydraulic fluid above a certain piston position so that the speed of the system - and thus ultimately the impact on the system structure - is damped. In the conventional system with constant supply pressure, the parameters of such a device are predetermined and can not be changed during operation. The parameters to be mentioned are, for example, the start position of the damping or its effect strength, directional dependence, etc.

4 zeigt den Zusammenhang zwischen Geschwindigkeitsprofil und resultierendem Leistungsbedarf bei einer vorgegebenen Last beispielhaft. Die abrupte, stufenartige Änderung im Geschwindigkeitsprofil ist auf die feste Endlagendämpfung zurückzuführen (siehe 5). Es entsteht außerdem eine Spitze im Leistungsbedarf. Die Leistungsdifferenz zwischen Minimum und Maximum beträgt über 1000 [W] bei dem vorliegenden Beispiel. Der Wirkungsgrad beträgt etwa 0,807. 4 shows the relationship between the speed profile and the resulting power requirement for a given load as an example. The abrupt, step-like change in the speed profile is due to the fixed end-of-travel damping (see 5 ). It also creates a peak in power requirements. The power difference between minimum and maximum is over 1000 [W] in the present example. The efficiency is about 0.807.

Systemoperation mit optimierter Endlagendämpfung anhand des EHA-PrinzipsSystem operation with optimized cushioning based on of the EHA principle

Die Verstellgeschwindigkeit des Aktuators ist am EHA mit Hilfe der Motordrehzahl leicht zu steuern. Die Endlagendämpfung kann somit leicht realisiert werden, ohne zusätzliche Einrichtungen zu benutzen. Im Prinzip kann das Geschwindigkeitsprofil eines konventionellen Systems nachgeahmt werden. Jedoch ist dies nicht sinnvoll, da der Wirkungsgrad durch die abrupte Beschleunigung und Abbremsung nicht hoch ist.The Adjusting speed of the actuator is at the EHA with the help of the engine speed easy to control. The end position damping can thus be easily realized without using additional facilities. In principle, the velocity profile of a conventional Systems are imitated. However, this does not make sense because of the Efficiency due to the abrupt acceleration and deceleration not is high.

6 zeigt ein verbessertes Geschwindigkeitsprofil und den dazugehörigen Energiebedarf bei einem vorgegebenen Lastenverlauf. Das Geschwindigkeitsprofil in der Endphase wurde mit einer Cos²-Rampe angepasst, damit eine sanfte Abbremsung ermöglicht wird. Obwohl hier beispielhaft nur die Endphase mit der Cos²-Rampe dargestellt wurde, lässt sich die Beschleunigung theoretisch auch während der Anfangsphase durch eine Cos²-Rampe darstellen. Es ist an dieser Stelle anzumerken, dass die Last in 6 denselben Verlauf wie in 4 aufweist. Die Leistungskurve ergibt sich durch die beiden wegabhängigen Parameterverläufe von Lastprofil und Verstellgeschwindigkeit automatisch. Im Vergleich zu der konventionellen Methode in 4 weist diese Operationsmethode mit optimierter Endlagendämpfung einen reduzierten Maximalleistungsbedarf auf. 6 shows an improved speed profile and the associated energy requirements for a given load history. The speed profile in the final phase has been adjusted with a Cos ² ramp to allow smooth deceleration. Although only the final phase with the Cos ² ramp was shown here by way of example, the acceleration can theoretically also be represented during the initial phase by a Cos ² ramp. It should be noted at this point that the load in 6 the same course as in 4 having. The power curve automatically results from the two path-dependent parameter profiles of the load profile and the adjustment speed. Compared to the conventional method in 4 This method of operation with optimized end position damping has a reduced maximum power requirement.

Das Maximum beträgt nur noch 826 [w] und die Differenz zwischen dem Maximum und Minimum beträgt weniger als 800 [w]. Der Wirkungsgrad weist mit 0,887 ebenfalls eine Verbesserung gegenüber dem in 4 dargestellten konventionellen System auf. Die Verbesserung des Wirkungsgrads ist auf die sanfte Abbremsung zurückzuführen.The maximum is only 826 [w] and the difference between the maximum and minimum is less than 800 [w]. The efficiency also shows an improvement over the in 4 illustrated conventional system. The improvement in efficiency is due to the gentle deceleration.

Erfindungsbeschreibunginvention description

Systemoperation mit Konstantleistung zur Betätigung eines FlugzeugfahrwerkesSystem operation with constant power to activity an aircraft landing gear

Die neue Methode nach der vorliegenden Erfindung basiert auf die bekannte (vorab bestimmte) Gesamtarbeit bei vorgegebener Aktuatorgröße.The new method according to the present invention is based on the known (predetermined) total work for a given actuator size.

Die mechanische Arbeit ist definiert als: W = F·d GL(7)wobei

W:: Arbeit [Joule] = [Nm] = [ws]
F:: Kraft [N]
d:: Abstand [m] sind.

The mechanical work is defined as: W = F · d GL (7) in which

W:: Work [Joule] = [Nm] = [ws]
F:: Force [N]
d:: Distance [m] are.

Der Abstand ist hier nichts anderes als der Hub h im Falle eines Aktuators. Nach GL(2) hängt die Kraft F von der aktuellen Position ab.Of the Distance here is nothing but the stroke h in the case of an actuator. According to GL (2) depends the force F from the current position.

Also ist F eine Funktion von h: F = f(h) GL(8) So F is a function of h: F = f (h) GL (8)

Beim Einziehen des Fahrwerkes ist der erforderliche Differentialdruck Δp nach GL(2) vorgegeben. Der Druck ist von der aktuellen Position abhängig.When retracting the landing gear, the required differential pressure Δp according to GL (2) is given. Of the Pressure depends on the current position.

Mit Hilfe von GL(7) und GL(8) kann die Gesamtarbeit W_total über den gesamten Hub bestimmt werden.With the help of GL (7) and GL (8), the total work W _{total can be determined} over the entire stroke.

Die gesamte mechanische Arbeit W_total für den Einziehvorgang ist somit:

The total mechanical work W _total for the insertion process is thus:

Die Leistung ist der Differentialquotient der Arbeit nach der Zeit und hat die Einheit [watt] oder [Joule/sec].The Performance is the differential quotient of the work after the time and has the unit [watt] or [joule / sec].

Der Mittelwert der Leistung P_m bei einer vorgegebenen nominalen Betätigungsdauer Δt ist deshalb:

The mean value of the power P _m for a given nominal operating time Δt is therefore:

Nach GL(4) kann der aktuelle Durchfluss an einem beliebigen Punkt h wie folgt geschrieben werden:

According to GL (4), the current flow at any point h can be written as follows:

Die aktuelle Geschwindigkeit an einem beliebigen Punkt h ergibt sich aus GL(5) und GL(11):

The actual speed at any point h is given by GL (5) and GL (11):

Sollte das System durch eine vorgegebene Leistungsgrenze eingeschränkt werden, wie z.B. mit einem arithmetischen Mittelwert der Leistung über die Betätigungszeit von der GL(10), ergibt sich die aktuelle Verstellgeschwindigkeit aus GL(3), (9), (10) und (12):

Should the system be restricted by a predetermined power limit, such as with an arithmetic mean of the power over the actuation time from GL (10), then the actual displacement speed is given by GL (3), (9), (10) and (12) :

Diese gefundene Verstellgeschwindigkeit v(h) ist die singuläre Geschwindigkeit, womit der Leistungsbedarf während der gesamten Betätigungsdauer konstant gehalten wird.These found adjustment speed v (h) is the singular speed, with which the power requirement during the entire operating time is kept constant.

Da die Verstellgeschwindigkeit mit der Drehzahl der Pumpe gesteuert wird, ist die Drehzahl der Pumpe noch zu bestimmen:

wobei

n: die Umdrehung pro Minute [UPM],
v(h): die Verstellgeschwindigkeit des Aktuators [m/s],
A: die Kolbenfläche [m²] und
d: die Fördermenge pro Pumpenumdrehung [m³] sind.

Since the adjustment speed is controlled by the speed of the pump, the speed of the pump can still be determined:

in which

n: the revolution per minute [RPM],
v (h): the adjustment speed of the actuator [m / s],
A: the piston area [m ² ] and
d: the delivery rate per pump revolution [m ^3].

Dieser Sacherhalt wird anhand einiger Abbildungen grafisch noch einmal erläutert.This Object preservation is graphically re-illustrated by a few illustrations explained.

Die physikalische Arbeit, die zum Einziehen des Fahrwerkes benötigt wird, kann man gemäß GL(9) durch Bestimmung der Fläche unterhalb der Leistungskurve berechnen. Bei einer vorgegebenen Betätigungsdauer, z.B. 10 sec (4 und 6), kann man dann eine Durchschnittsleistung bestimmen, indem man durch Dividieren der Gesamtarbeit durch die Zeitspanne einen arithmetischen Mittelwert bildet. 7 verdeutlicht diesen Sachverhalt schematisch. Sollte der Wirkungsgrad bekannt, kann man den absoluten Leistungsmittelwert berechnen (Idealfall: kein Verlust). Man kann nun das Niveau des Mittelwertes als neuen Leistungsverlauf nutzen und in Kombination mit einem vorgegebenen, bekannten Lastverlauf ein neues Geschwindigkeitsprofil berechnen. Mit anderen Worten wurde das Geschwindigkeitsprofil von 4 bzw. 6 so modifiziert, dass der Leistungsbedarf über die gesamte Betätigungsdauer konstant bleibt. Die obligatorische Bedingung hierbei ist, dass die absolute Gesamtarbeit für die Mission gleich bleibt.The physical work required to retract the landing gear can be calculated according to GL (9) by determining the area below the power curve. For a given duration of operation, eg 10 sec ( 4 and 6 ), one can then determine an average power by forming an arithmetic mean by dividing the total work by the time span. 7 clarifies this situation schematically. If the efficiency is known, you can calculate the absolute average power (ideal: no loss). You can now use the level of the mean value as a new performance curve and calculate a new velocity profile in combination with a given, known load history. In other words, the velocity profile of 4 respectively. 6 so modified that the power requirement remains constant over the entire operating time. The compulsory condition here is that the absolute total work for the mission remains the same.

Bei dem vorliegenden Fall eines Flugzugfahrwerkes ist diese Vorgehensweise möglich, weil die erforderliche Gesamtarbeit von der Auslegung/Simulation her bekannt ist und das Ein-. u. Ausfahren eines Flugzeugfahrwerkes eine stets unter ähnlichen Bedingungen verlaufende Routine darstellt. Da es sich bei der Lastkurve in 4 und 6 um die Maximallast als die Obergrenze aus numerischen Simulationen handelt, liegt der tatsächliche Leistungsbedarf im Realfall immer unterhalb der Kurve.In the present case of a Flugzugfahrwerkes this approach is possible because the required overall work of the design / simulation ago known and the Ein-. u. Extending an aircraft landing gear is always running under similar conditions routine. Since it is in the load curve in 4 and 6 If the maximum load is the upper limit of numerical simulations, the actual power requirement in real case always lies below the curve.

8 veranschaulicht diesen Sachverhalt. Es gibt keine extremen Werte in der Leistungskurve mehr, da deren Verlauf als arithmetischer Mittelwert einen horizontalen Verlauf aufweist. Im vorliegenden Beispiel ist die erforderliche Leistung mit ca. 540 [w] im Vergleich zu 1060 [w] aus 4 erheblich gesunken, obwohl die Last genau dieselbe war. Der Wirkungsgrad verbessert sich auf den maximal möglichen Wert von 0,9 (bei theoretischer Betrachtung). Die Verbesserung des Wirkungsgrades ist auf die Abwesenheit des (abrupten) Abbremsvorgangs zurückzuführen. Der 10%ige Restverlust rührt von mechanischen Teilen des Systems her. 8th illustrates this situation. There are no more extreme values in the power curve, since their course has a horizontal course as the arithmetic mean. In the present example, the required power is about 540 [w] compared to 1060 [w] 4 dropped considerably, although the load was exactly the same. The efficiency improves to the maximum possible value of 0.9 (theoretical consideration). The improvement in efficiency is due to the absence of the (abrupt) deceleration process. The 10% residual loss comes from mechanical parts of the system.

Der Hauptgewinn dieser Operationsmethode ist jedoch die Reduzierung des erforderlichen Leistungsniveaus durch die vollständige Eliminierung der Spitze am Leistungsbedarf. Die Größe des Hydraulikaggregates kann durch diesen Sachverhalt erheblich reduziert werden. Ein Hydraulikaggregat, bestehend aus einem Motor und einer Pumpe, das nur noch eine maximale Leistung von 540 [w] benötigt, wird mit Sicherheit kleiner und leichter dimensioniert sein als eines mit 800–1100 [w]. Des Weiteren weisen derartige Motoren auch eine kleinere Leistungselektronik und dünnere Kabel auf. Es ergeben sich nennenswerte Gewichtsreduzierungen, diese tragen zur effizienteren Gestaltung des gesamten Systems und darüber hinaus auch zur Nutzlasterhöhung des Flugzeuges wesentlich bei. Sollte man dieses Operationsprinzip schon bei der Konzeptionsphase des Systems berücksichtigen, lässt sich das System wesentlich energieeffizienter gestalten. Des Weiteren kann das Systemeigengewicht im Vergleich zum konventionellen System signifikant reduziert werden.Of the The main benefit of this method of operation, however, is the reduction the required level of performance through the complete elimination the peak in power consumption. The size of the hydraulic unit can be significantly reduced by this situation. A hydraulic unit, consisting of a motor and a pump that only has a maximum Power needed by 540 [w] will certainly be smaller and lighter sized than one with 800-1100 [W]. Furthermore, such motors also have smaller power electronics and thinner ones Cable on. There are significant weight reductions, these contribute to the efficient design of the entire system and beyond also to payload increase of the aircraft substantially. Should one this operation principle can already be considered in the conception phase of the system make the system much more energy efficient. Furthermore, can the system's own weight compared to the conventional system significantly be reduced.

Es ist anzumerken, dass das beschriebene Operationsprinzip mit der Konstantleistung unabhängig von der Betätigungsart einzusetzen ist. Es ist also sowohl für mechanische als auch für hydraulische Betätigungen gleichermaßen anwendbar.It It should be noted that the described principle of operation with the Constant power independent of the type of actuation is to use. So it's both mechanical and hydraulic operations equally applicable.

Leckagekompensation zum sensorlosen Betrieb im Falle einer Betätigung nach dem EHA-PrinzipLeakage compensation for sensorless operation in case of an operation according to the EHA principle

Wie im vorangegangenen Kapitel ausführlich beschrieben wurde, ist die Kontrolle der Verstellgeschwindigkeit des Aktuators von entscheidender Bedeutung zur Verbesserung des Wirkungsgrades bzw. der Reduzierung des Systemgewichtes.As in detail in the previous chapter described is the control of the adjustment speed of the actuator is crucial to improving the Efficiency or the reduction of the system weight.

Jedoch, wie das Verstellgeschwindigkeitsprofil auszuschauen hat, ist die eine Sache, und wie es letztendlich realisiert wird, ist eine andere.However, how the Verstellgeschwindigkeitsprofil has to look, is the One thing, and how it is ultimately realized, is another.

Es geht hier hauptsächlich um den Aufwand der Kontrollsystemarchitektur. Die obigen Betrachtungen mit dem Verstellgeschwindigkeitsprofil nach dem EHA Prinzip setzt im Allgemeinen die Positioniergenauigkeit voraus. Im Realfall ist eine hohe Positioniergenauigkeit jedoch wegen der internen Leckage ohne adäquaten Positionierungssensoren und Auswertungssoftware kaum zu erreichen.It is mainly here at the expense of the control system architecture. The above considerations with the Verstellgeschwindigkeitsprofil according to the EHA principle sets in Generally the positioning accuracy ahead. In the real case is one high positioning accuracy, however, due to the internal leakage without adequate positioning sensors and evaluation software barely reach.

Deshalb werden die EHAs vom Stand der Technik immer mit einem geschlossenen Regelkreis betrieben. Im Prinzip kann das Fahrwerkskontrollsystem dies di rekt übernehmen. Diese Vorgehensweise ist jedoch mit einem hohen technischen Aufwand und mit hohen Kosten verbunden. Es ist an dieser Stelle anzumerken, dass es sich hier um eine kontinuierliche Hubpositionsüberwachung handelt. Das Erreichen der Endposition wird separat von einem hierarchisch höher geordneten Kommandosystem erfasst, damit die Betätigungseinheit (hier EHA) deaktiviert werden kann. Es geht hier also lediglich um die Positioniergenauigkeit, damit die Betätigung mit dem vorgesehenen Verstellgeschwindigkeitsprofil ausgeführt wird.Therefore The EHAs of the prior art are always with a closed Operated loop. In principle, the suspension control system take over this directly. This procedure is however with a high technical effort and high costs. It should be noted at this point that this is a continuous stroke position monitoring is. Reaching the end position is separate from a hierarchical one higher ordered Command system detected so that the actuator unit (here EHA) disabled can be. So it's just about the positioning accuracy, thus the actuation is performed with the intended Verstellgeschwindigkeitsprofil.

Die Hauptschwierigkeit liegt darin, die Endlagendämpfung am richtigen Zeitpunkt einzuleiten. Der Stand der Technik will diese Aufgabe mit einer kontinuierlichen Positionsüberwachung oder mit einem einzelnen Signalgeber (Trigger) lösen.The The main difficulty lies in the end cushioning at the right time initiate. The state of the art wants this task with a continuous position monitoring or with a single signal generator (trigger).

Dagegen wurde diese Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung mit der bereit beschriebene ,Operationsmethode mit Konstantleistung' so gelöst, dass keine Endlagendämpfung mehr benötigt wird. Wie 8 veranschaulicht, hat das Geschwindigkeitsprofil keinen Startpunkt für die Endlagendämpfung in ihrem Verlauf. Der Abbremsungsvorgang erfolgt an sich schon unmittelbar nach dem Start.In contrast, in the case of the present invention, this task has been solved with the method of operation with constant power described above, so that no end position damping is required any more. As 8th illustrated, the speed profile has no starting point for the end position damping in its course. The braking process takes place in itself immediately after the start.

Sollte das System ohne Positionsüberwachung betrieben werden (d.h. statt Regelung nur noch Ansteuerung), kann der Verstellhub aufgrund der internen Leckage der Sollposition hinterher hinken. Mit anderen Worten: die von der Pumpe geförderte Flüssigkeitsmenge kommt nicht vollständig am Aktuator an, da ein Teil von ihr unterwegs über Schaltventile oder ähnlichem einen Leckagestrom bildet und direkt zur Pumpe zurückgeführt wird. Durch dieses Defizit erfährt das Fahrwerk insbesondere beim Einziehen eine Verzögerung an der Verriegelung. Diese Verzögerung, bedingt durch das Flüssigkeitsdefizit, hängt in erster Linie von der Last ab, denn die interne Leckage an hydraulischen Komponenten nimmt in der Regel mit zunehmendem Betriebsdruck zu.Should the system without position monitoring can be operated (i.e., only control instead of regulation), can the adjustment stroke due to the internal leakage of the target position afterwards limp. In other words, the amount of fluid delivered by the pump does not come completely on the actuator, because a part of it on the way via switching valves or the like forms a leakage current and is returned directly to the pump. Experienced by this deficit the landing gear especially when pulling a delay the lock. This delay, due to the fluid deficit, hangs in primarily from the load, because the internal leakage to hydraulic Components usually increase with increasing operating pressure.

Im Vergleich zu der Positioniergenauigkeitsanforderung bei der primären Flugsteuerung ist diese beim Flugzeugfahrwerk sehr niedrig. Maßgebend ist hier eher die Betätigungsdauer, aber diese läßt auch eine relative hohe Toleranz zu.in the Comparison to the positioning accuracy requirement in the primary flight control this is very low when the aircraft landing gear. Decisive here is rather the duration of operation, but this leaves too a relatively high tolerance too.

Die Betätigungsdauer von 10 ± 0,5 sec stellt im Allgemeinen eine gängige, praxisbezogene Basiszeit für das Einziehen von Flugzeugfahrwerken dar. Derartig niedrige Anforderungen sind unter anderem einer der Beweggründe, warum EHAs beim Fahrwerk ohne aufwendige Positionierüberwachung betrieben werden sollen.The duration of operation from 10 ± 0.5 sec generally represents a common, practical base time for the retraction of aircraft landing gear. Such low requirements Among other things, these are one of the reasons why EHAs are in the chassis without complicated positioning monitoring to be operated.

Unter Berücksichtigung, dass das (durch die innere Leckage hervorgerufene) Flüssigkeitsdefizit die Betätigungsdauer nur verlängern kann, wird ein nominaler Betriebspunkt erforderlich, der es ermöglichen soll im Normalbetrieb und dem damit verbundenen Flüssigkeitsdefizits die Betätigungszeit unter bestimmten Umständen zu verkürzen. Und das System braucht auch eine Ansteuerungsvorgabe (d.h. keine geschlossenen Regelkreise), womit es zeitabhängig den Durchfluss ansteuert und bei einem großen Flüssigkeitsdefizit am Ende der Betätigung trotz fehlender Signalrückführung den Durchfluss anhebt. Zum Erfüllen dieser scheinbar widersprüchlichen Anforderungen werden zunächst folgende Tatsachen festgestellt:

1. Das Einziehen des Fahrwerkes findet nicht in einer beliebigen Fluglage statt. Das Einziehen des Fahrwerkes erfolgt in der Regel während des Steigfluges unmittelbar nach dem Abheben. Die Fluglage ist während dieser Phase relativ stabil und es wird keine heftigen Änderungen an das Lastvielfache n erwartet. Statistisch betrachtet wird das Einziehen des Fahrwerkes über 90% aller Fälle in einem ähnlichen Lastniveau erfolgen. Diese statistische Erkenntnisse wird zur Auslegung der Kontrollstrategie eingeführt: der nominale Betriebspunkt wird dort gelegt, wo das Lastniveau überwiegend erwartet wird. Dies entspricht etwa 30% der Maximallast bei den meisten Flugzeugmustern. (Es ist anzumerken, dass man diese statistische Annahme sogar gegebenenfalls bei bestimmten Flugzeugmustern mit zusätzlicher Pilotenschulung verbessern kann.)
2. Das durch die Leckage hervorgerufene Flüssigkeitsdefizit kann sowohl experimentell als auch per Simulation vorab bestimmt werden. Man kann eine Kalibrierungstabelle oder -diagramm in Abhängigkeit von der Last und dem Durchfluss erstellen und bei Bedarf die Leckagemenge aus der Tabelle bzw. aus dem Diagramm auslesen.
3. Durch Überwachung des Stroms am Motor des EHAs kann man über die momentane, tatsächliche Last Rückschlüsse ziehen. Die Überwachung des Motorenstroms ist in der Regel bei der Leistungselektronik leicht zu realisieren. Man benutzt so zu sagen das im Betrieb befindliche Fahrwerk als Lastsensor.

Taking into account that the fluid deficit (caused by the internal leakage) can only increase the duration of the operation, a nominal operating point is required which, in normal operation and the associated fluid deficit, should reduce the actuation time under certain circumstances. And the system also needs a control default (ie, no closed loop control), which controls the flow in a time-dependent manner and, in the event of a large fluid deficit at the end of the actuation, raises the flow despite the lack of signal feedback. To meet these seemingly contradictory requirements, the following facts are first established:

1. Retracting the landing gear does not take place in any attitude. The retraction of the chassis is usually during the climb immediately after taking off. The attitude is relatively stable during this phase and no fierce changes to the load factor n are expected. From a statistical point of view, more than 90% of all cases will involve the landing gear landing at a similar load level. These statistical findings are introduced to interpret the control strategy: the nominal operating point is set where the load level is predominantly expected. This is about 30% of the maximum load for most aircraft designs. (It should be noted that this statistical assumption can even be improved, if appropriate, for certain aircraft types with additional pilot training.)
2. The fluid deficit caused by the leakage can be determined both experimentally and by simulation in advance. You can create a calibration table or graph based on the load and flow, and read the leakage amount from the chart or diagram as needed.
3. By monitoring the current at the EHA's engine, one can draw conclusions about the instantaneous actual load. The monitoring of the motor current is usually easy to implement in the power electronics. One uses so to speak the chassis in operation as a load sensor.

Erfindungsgemäß wird die Leckagekompensation wie folgt in zwei Stufen gelöst, damit das System ohne geschlossenen Regelkreis lediglich angesteuert werden kann.According to the invention Leakage compensation is solved in two stages as follows, so that the system without closed Control circuit can only be controlled.

In der ersten Phase wird eine bestimmte Menge Flüssigkeit als Zuschlag zum nominalen Durchfluss beigemischt. Die Flüssigkeitsmenge soll dem Defizit bei einem etwa 30%igen Lastlevel entsprechen. (Die konkrete Menge ändert sich je nach Flugzugmuster natürlich. 30% stellt hier nur ein Zahlenbeispiel dar.) Sollte die aktuelle Last beim Einziehen des Fahrwerkes niedriger sein, wird das Fahrwerk schneller als für die vorgesehene Betätigungsdauer in die Verriegelung ankommen. Wenn das Flüssigkeitsdefizit mit der beigefügten Flüssigkeitsmenge restlos übereinstimmt, wird die Betätigung exakt in der Nominalzeit beendet.In In the first phase, a certain amount of liquid will be added to the nominal Mixed flow. The amount of fluid should correspond to the deficit at about 30% load level. (The concrete amount changes of course, depending on the flight pattern. 30% is just a numerical example.) Should the current Load to be lower when retracting the landing gear, the landing gear faster than for the intended duration of operation arrive in the lock. If the fluid deficit with the attached amount of fluid completely matches, becomes the operation finished exactly in the nominal time.

Wenn das Flüssigkeitsdefizit größer als die Zuschlagsmenge sein sollte, erreicht das Fahrwerk innerhalb der vorgesehenen Betätigungsdauer die Verriegelung nicht. In diesem Fall muß der Rest am Ende der Betätigung möglichst rasch auf ein Mal kompensiert werden. In der zweiten Phase soll deshalb die Hubverstellgeschwindigkeit radikal ansteigen.If the fluid deficit greater than the surcharge should be, reaches the chassis within the intended operating time the lock is not. In this case, the rest at the end of the operation as possible be compensated quickly at once. In the second phase should therefore the Hubverstellgeschwindigkeit radically increase.

9 zeigt einen prinzipiellen Verlauf einer derartigen Ansteuerung, wobei die Ansteuerung mit einem Polynom sechsten Grades im vorliegenden Fall approximiert ist. 9 shows a basic course of such a drive, wherein the drive is approximated with a polynomial of the sixth degree in the present case.

Statt der festen Zuschlagsmenge kann man anhand der vorab bestimmten Kalibrierungssdaten und mit der durch eine Stromüberwachung gewonnenen Lastabschätzung eine neue Zuschlagsmenge berechnen und damit das Flüssigkeitsdefizit genauer kompensieren.Instead of The fixed quantity can be determined on the basis of the previously determined calibration data and with the through a power monitoring gained load estimate calculate a new surcharge and thus the fluid deficit compensate more accurately.

Claims

The design method for the drive unit for the operation of aircraft undercarriages, characterized in that it determines the maximum power requirement by adjusting the adjustment over the entire adjustment so that the power requirement is kept approximately constant in the maximum load case.

The operating method for aircraft landing gear according to the preceding claim, characterized in that the Adjustment of the adjustment speed with the previously determined maximum Total work and with the resulting mean value in relation to a Adjustment is determined.

The operating method for aircraft landing gear according to the preceding claim, characterized in that no Cushioning is initiated.

The operating method for aircraft landing gear with adjusted adjustment speed, characterized that the current power requirement despite unknown load level by the adjusted adjustment speed over the entire adjustment period remains below the maximum power limit.

The method of compensation of internal leakage in the case of electro-hydrostatic actuation on the aircraft chassis, characterized in that it enables the system without position monitoring between the limit switches only with predetermined system parameters to operate.

The method of compensation of internal leakage in the case of electro-hydrostatic actuation on the aircraft chassis, characterized in that the compensation in two stages Phases, the "Stationärleckagekompensationsphase" and the "residual leakage compensation phase" takes place.

The compensation method against the internal leakage according to the preceding claim, characterized in that the first phase (stationary leakage compensation phase) at least with a statistically justified addition of hydraulic fluid he follows.

The compensation method against the internal leakage according to the preceding claim, characterized in that the current hydraulic fluid surcharge If necessary, it will be determined from the calibration data.

The compensation method against the internal leakage according to the preceding claim, characterized in that the left over from the first phase Remaining residual leakage in the second phase (residual leakage compensation phase) with an elevated Adjusting speed of the actuator is compensated in one go.

The compensation method against the internal leakage according to the preceding claim, characterized in that the Increasing the adjustment speed of the actuator during the Residual leakage compensation by an adequate mathematically approximated Function is done automatically.