DE102008028866B4

DE102008028866B4 - Swashplate actuator for a helicopter

Info

Publication number: DE102008028866B4
Application number: DE200810028866
Authority: DE
Inventors: Markus Christmann; Boris Dr. Grohmann; Peter Dr. Jänker
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: WO2009153236A2; WO2009153236A3; DE102008028866A1

Abstract

Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung für einen Helikopter, umfassend:
einen Basisteil (10),
einen beweglichen Teil (20),
eine Aktuatoranordnung (30),
wobei der Basisteil mit einem Rumpf (4) eines Helikopters (2) verbindbar ist,
wobei der bewegliche Teil mit einer um eine Rotationsachse (41) drehbare Taumelscheibe (5) eines Helikopters verbindbar ist,
wobei der bewegliche Teil und der Basisteil durch die Aktuatoranordnung miteinander mechanisch bewegbar gekoppelt sind,
wobei der bewegliche Teil mit Bezug auf den Basisteil wenigstens einen ersten Freiheitsgrad (51), einen zweiten Freiheitsgrad (54) und einen dritten Freiheitsgrad (56) aufweist,
wobei der erste Freiheitsgrad ein translatorischer Freiheitsgrad in Richtung der Rotationsachse ist,
wobei der zweite Freiheitsgrad ein rotatorischer Freiheitsgrad um eine erste Kippachse (43) quer zur Rotationsachse ist,
wobei der dritte Freiheitsgrad ein rotatorischer Freiheitsgrad um eine zweite Kippachse (45) quer zu der ersten Kippachse und quer zu der Rotationsachse ist,
wobei die Aktuatoranordnung wenigstens vier...A swashplate actuator for a helicopter, comprising:
a base part (10),
a movable part (20),
an actuator assembly (30),
the base part being connectable to a hull (4) of a helicopter (2),
the movable part being connectable to a swashplate (5) of a helicopter rotatable about a rotation axis (41),
wherein the movable part and the base part are mechanically movably coupled to one another by the actuator arrangement,
the movable part having at least a first degree of freedom (51), a second degree of freedom (54) and a third degree of freedom (56) with respect to the base part,
wherein the first degree of freedom is a translational degree of freedom in the direction of the axis of rotation,
wherein the second degree of freedom is a rotational degree of freedom about a first tilting axis (43) transverse to the axis of rotation,
wherein the third degree of freedom is a rotational degree of freedom about a second tilting axis (45) transverse to the first tilting axis and transverse to the axis of rotation,
wherein the actuator assembly at least four ...

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine Taumelscheibe eines Helikopters sowie einen Helikopter mit einer derartigen Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung und ein Verfahren zur Betätigung einer Taumelscheibe für einen Helikopter.The invention relates to an actuator for a swash plate of a helicopter and a helicopter with such a swash plate actuating device and a method for actuating a swash plate for a helicopter.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Um bei einem Helikopter die unterschiedlichen Bewegungsrichtungen aufwärts/abwärts, rechts/links sowie vorwärts/rückwärts mittels eines einzigen Rotors vornehmen zu können, ist es notwendig, die Rotorblätter sowohl zyklisch als auch kollektiv zu verstellen. Um diese Verstellung der Rotorblätter vornehmen zu können, wird eine so genannte Taumelscheibe eingesetzt, die durch entsprechende axiale Verstellung bzw. Verkippung z. B. Hebel betätigt, die einzelne Rotorblätter zyklisch oder kollektiv verstellen. Die Verschiebung bzw. die Kippung der Taumelscheibe erfolgt über eine Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung. In bekannten Helikoptern wird zu diesem Zweck eine Aktuatoranordnung verwendet, die drei Aktuatoren aufweist, die in der Lage sind, die Taumelscheibe sowohl axial in Richtung der Rotationsachse zu verstellen, als auch die Taumelscheibe um zwei senkrechte zueinander verlaufende Kippachsen zu verkippen. Diese Aktuatoren sind in der Vergangenheit durch hydraulische Aktuatoren realisiert worden, die eine verhältnismäßig hohe Zuverlässigkeit aufweisen, jedoch Probleme hinsichtlich der Verwendung eines Hydrauliköls unter ökologischen Gesichtspunkten mit sich bringen sowie einen verhältnismäßig hohen Wartungsaufwand. Ferner ist bei derartigen Aktuatoren festgestellt worden, dass sie zwar insgesamt eine sehr hohe Zuverlässigkeit aufweisen, aber dennoch eine Leckage aufweisen können, die zwar nicht zum Totalausfall des Aktuators führt, jedoch Verschmutzungen und eine Verschlechterung der Performance des Aktuators zur Folge hat.In order to be able to make the different directions of movement in a helicopter up / down, right / left and forward / backward by means of a single rotor, it is necessary to adjust the rotor blades both cyclically and collectively. In order to make this adjustment of the rotor blades, a so-called swash plate is used, which by appropriate axial adjustment or tilting z. B. lever operated, the individual rotor blades cyclically or collectively adjust. The displacement or the tilting of the swash plate via a swash plate actuator. In known helicopters, an actuator arrangement is used for this purpose, which has three actuators which are able to adjust the swash plate both axially in the direction of the axis of rotation, and to tilt the swash plate about two vertical mutually extending tilt axes. These actuators have been realized in the past by hydraulic actuators, which have a relatively high reliability, however, bring problems with respect to the use of a hydraulic oil from an ecological point of view and a relatively high maintenance. Furthermore, it has been found in such actuators that they have a total of very high reliability, but may still have a leak, which does not lead to total failure of the actuator, however, has contamination and a deterioration in the performance of the actuator result.

In neuester Zeit hat es Bestrebungen gegeben, alternative Aktuatoren einzusetzen, und zwar derartige, die auf einem elektromechanischen Prinzip beruhen. Derartige Aktuatoren weisen aufgrund ihrer elektrischen Betätigung in der Regel kein Verschmutzungspotential auf und können verhältnismäßig einfach realisiert werden. Dabei hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Aktuatoren bei bestimmten Konfigurationen keine mit Hydraulikaktuatoren vergleichbare hohe Zuverlässigkeit erreichen.Recently, there have been attempts to use alternative actuators, namely those based on an electromechanical principle. Such actuators have due to their electrical actuation usually no pollution potential and can be relatively easily realized. However, it has been shown that such actuators do not achieve high reliability comparable to hydraulic actuators in certain configurations.

Aus DE 29 41 258 A1 ist beispielsweise eine Taumelscheiben-Steuerung für einen Hubschrauberrotor bekannt mit einer Mehrzahl von Aktuatoren, wobei ein Sensorabgriff vorgesehen ist, um eine Betätigung einer Betätigungsvorrichtung in Steuerungsimpulse für die Aktuatoren umzusetzen.Out DE 29 41 258 A1 For example, a swashplate controller for a helicopter rotor is known having a plurality of actuators, wherein a sensor tap is provided to translate actuation of an actuator into control pulses for the actuators.

Zusammenfassung der Erfindung:Summary of the invention:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine mit einfacheren Aktuatoren betätigte zuverlässigere Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung, einen damit versehenen Helikopter, sowie ein zugehöriges Verfahren anzugeben, wodurch eine ordnungsgemäße Funktion auch bei Ausfall eines Aktuators aufrecht erhalten wird.The invention is based on the object to provide a operated with simpler actuators more reliable swash plate actuator, a helicopter provided with it, and an associated method, whereby a proper function is maintained even in case of failure of an actuator.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Im Zusammenhang mit dieser Erfindung werden die folgenden Begrifflichkeiten mit ihrer zugehörigen Bedeutung verwendet.In the context of this invention, the following terms and their associated meaning are used.

Mit „quer” zu einer Achse ist über die dem Fachmann geläufige Bedeutung hinaus eine Richtung gemeint, die eine betreffende Achse schneidet, jedoch nicht zwingend im rechten Winkel.By "transverse" to an axis, beyond the meaning known to those skilled in the art, a direction is meant that intersects a respective axis, but not necessarily at right angles.

Mit „elektromechanische Betätigung” ist über die dem Fachmann geläufige Bedeutung hinaus eine elektrische Betätigung gemeint, die eine mechanische Wirkung erzeugt, wie z. B. ein Elektromotor. Die mechanische Betätigung kann durch Getriebe auch unter- oder übersetzt werden, ebenso wie richtungsmäßig umgelenkt werden.By "electromechanical actuation" is meant beyond the familiar meaning of the skilled person, an electrical actuation that produces a mechanical effect, such. B. an electric motor. The mechanical operation can also be translated or translated by gear, as well as directionally deflected.

Mit „freilaufender Aktuator” ist über die dem Fachmann geläufige Bedeutung hinaus ein Aktuator gemeint, der im Wesentlichen keine aktive Kraft ausübt und sich bei Kraftausübung in Betätigungsrichtung selbst nachgiebig verhält, auch „free wheel” genannt. Ungeachtet des Freilaufes kann dabei eine gewisse Reibung oder Dämpfung im Aktuator vorliegen.By "free-running actuator" is meant beyond the familiar to the expert meaning an actuator that essentially exerts no active force and behaves forcefully in force in the direction of actuation itself, also called "free wheel". Regardless of the freewheel, there may be some friction or damping in the actuator.

Mit „feststehender Aktuator” ist über die dem Fachmann geläufige Bedeutung hinaus ein Aktuator gemeint, der im Wesentlichen keine Bewegung bzw. Positionsänderung ausführt und Zug- bzw. Druckkräfte in Betätigungsrichtung aufnimmt, auch „jam” genannt. Ungeachtet des Feststehens kann dabei ein geringes Spiel oder eine Bewegung nur unter hoher Kraftaufwendung im Aktuator vorliegen.By "fixed actuator" is meant beyond the familiar to the expert meaning an actuator that essentially performs no movement or position change and absorbs tensile or compressive forces in the direction of actuation, also called "jam". Regardless of the fixed position, there may be little play or movement only with a high expenditure of force in the actuator.

Mit „statischer Fehler” ist über die dem Fachmann geläufige Bedeutung hinaus ein Zustand eines Aktuators gemeint, der als ungewollt freilaufender Aktuator oder als ungewollt feststehender Aktuator im Sinne der vorgenannten Definitionen aufzufassen ist.By "static error" is meant beyond the meaning known to those skilled in a state of an actuator, which is to be construed as unintentionally free-running actuator or as unintentionally fixed actuator in the sense of the aforementioned definitions.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung für einen Helikopter bereitgestellt, umfassend einen Basisteil, einen beweglichen Teil und eine Aktuatoranordnung, wobei der Basisteil mit einem Rumpf eines Helikopters verbindbar ist, wobei der bewegliche Teil mit einer um eine Rotationsachse drehbaren Taumelscheibe eines Helikopters verbindbar ist, wobei der bewegliche Teil und der Basisteil durch die Aktuatoranordnung miteinander mechanisch bewegbar gekoppelt sind, wobei der bewegliche Teil mit Bezug auf den Basisteil wenigstens einen ersten Freiheitsgrad, einen zweiten Freiheitsgrad und einen dritten Freiheitsgrad aufweist, wobei der erste Freiheitsgrad ein translatorischer Freiheitsgrad in Richtung der Rotationsachse ist, wobei der zweite Freiheitsgrad ein rotatorischer Freiheitsgrad um eine erste Kippachse quer zur Rotationsachse ist, wobei der dritte Freiheitsgrad ein rotatorischer Freiheitsgrad um eine zweite Kippachse quer zu der ersten Kippachse und quer zu der Rotationsachse ist, wobei die Aktuatoranordnung wenigstens vier elektromechanischen Aktuatoren aufweist, wobei die Lage der Aktuatoren so angeordnet ist, dass wenigstens ein Aktuator einen statischen Fehler aufweisen kann ohne Einbuße des ersten, zweiten und dritten Freiheitsgrades.According to an exemplary embodiment of the invention, a A wobble plate actuating device for a helicopter, comprising a base part, a movable part and an actuator assembly, wherein the base part is connectable to a body of a helicopter, wherein the movable part is connectable to a rotatable about a rotation axis swash plate of a helicopter, wherein the movable part and the Base member are mechanically movably coupled to each other by the actuator assembly, wherein the movable part with respect to the base part at least a first degree of freedom, a second degree of freedom and a third degree of freedom, wherein the first degree of freedom is a translational degree of freedom in the direction of the axis of rotation, wherein the second degree of freedom a rotational degree of freedom about a first tilting axis transverse to the axis of rotation, wherein the third degree of freedom is a rotational degree of freedom about a second tilting axis transverse to the first tilting axis and transverse to the axis of rotation the actuator assembly comprises at least four electromechanical actuators, wherein the position of the actuators is arranged so that at least one actuator may have a static error without loss of the first, second and third degrees of freedom.

Eine Taumelscheibenbetätigung weist insgesamt wenigstens drei Freiheitsgrade auf, einen translatorischen Freiheitsgrad bezüglich der Rotationsachse und jeweils einen rotatorischen Freiheitsgrad bezüglich der beiden Kippachsen. Die sich bezüglich der Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung drehende Taumelscheibe selbst weist ferner noch einen rotatorischen Freiheitsgrad um die Rotationsachse auf. Die Kippachsen stehen oft senkrecht in Bezug auf die Rotationsachse und auch senkrecht zueinander, dies ist jedoch nicht zwingend so. Die Achsen dürfen lediglich nicht parallel zueinander liegen, da sie dann nicht mehr die notwendige Anzahl von unterschiedlichen Freiheitsgraden erlauben. Der bewegliche Teil, ebenso wie der Basisteil, dreht sich in der Regel nicht mit dem Rotor. Die Taumelscheibe kann drehbar an dem beweglichen Teil befestigt sein, was jedoch für das Wesen der Erfindung nicht erheblich ist. Der bewegliche Teil kann selbst bezüglich des Rumpfes eines Helikopters in Abhängigkeit der notwendigen Freiheitsgrade durch gesonderte Halterungen und Lager beweglich gelagert sein, kann jedoch auch nur durch die Aktuatoren gelagert bzw. gehalten sein. Der bewegliche Teil kann insbesondere mittels eines Lagers quer zur Rotationsachse derart abgestützt sein, dass bezüglich der translatorischen Freiheitsgrade quer zur Rotationsachse eine Festlegung erfolgt, jedoch eine Verschiebung entlang des translatorischen Freiheitsgrades entlang der Rotationsachse ermöglicht wird.A swash plate actuator has a total of at least three degrees of freedom, a translational degree of freedom with respect to the axis of rotation and in each case a rotational degree of freedom with respect to the two tilt axes. The swash plate itself rotating with respect to the swash plate actuating device also still has a rotational degree of freedom about the axis of rotation. The tilting axes are often perpendicular with respect to the axis of rotation and also perpendicular to each other, but this is not necessarily so. The axes may not be parallel to each other, as they will not allow the necessary number of different degrees of freedom. The moving part, as well as the base part, usually does not rotate with the rotor. The swash plate may be rotatably attached to the movable part, but this is not significant to the essence of the invention. The movable part may be movably supported by separate brackets and bearings even with respect to the hull of a helicopter depending on the necessary degrees of freedom, but may also be supported or held only by the actuators. The movable part may be supported in particular by means of a bearing transversely to the axis of rotation such that with respect to the translational degrees of freedom transversely to the axis of rotation a determination takes place, however, a shift along the translational degree of freedom along the axis of rotation is made possible.

Im Vergleich zu bislang verwendeten hydraulischen Aktuatoren sind elektromechanische Aktuatoren wesentlich weniger aufwendig, da sie keine ökologisch problematischen Leckageprobleme aufweisen und darüber hinaus keine aufwendigen Sekundäraggregate wie Ölpumpen etc benötigen. Ferner ist die Energieübertragung von elektrischer Energie wesentlich einfacher als die der Öldruckenergie. Jedoch können derartige elektromechanische Aktuatoren eine geringere Zuverlässigkeit bzw. höhere Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen als hydraulische Aktuatoren. Aus diesem Grund ist es aus Gründer der Sicherheit notwendig die geringere Zuverlässigkeit durch ein intelligentes Redundanzkonzept aufzufangen. Zu diesem Zweck werden anstelle der bislang erforderlichen drei hydraulischen Aktuatoren nun wenigstens vier elektromechanische Aktuatoren eingesetzt. Die Anordnung der Aktuatoren ist so gewählt, dass bei einem Ausfall eines Aktuators die verbleibenden Aktuatoren dessen Funktion übernehmen können. Der Ausfall eines Aktuators kann ein Blockieren, so genannter „jam”, oder ein Freilaufen ohne Antrieb, so genannter „free wheel” sein. Es können jedoch auch andere Fehlerfälle auftreten. Als Beispiel für weitere denkbare Fehlerfälle ist es möglich, dass ein Aktuator aufgrund von Störungen unkontrollierte Bewegungen ausführt und/oder Kräfte erzeugt, so genannter „powered runaway”. Die Anordnung der Aktuatoren kann unter anderem davon abhängig sein, welcher Ausfall vorliegt oder als wahrscheinlicher erachtet wird. Auf diese Weise kann ein redundantes System für eine Betätigung einer Taumelscheibe für einen Helikopter bereitgestellt werden, bei dem gegenüber hydraulischen Aktuatoren wesentlich günstigere elektromechanische Aktuatoren eingesetzt werden können.Compared to previously used hydraulic actuators electromechanical actuators are much less expensive, since they have no ecologically problematic leakage problems and beyond need no complex secondary units such as oil pumps, etc .. Furthermore, the energy transfer of electrical energy is much easier than that of the oil pressure energy. However, such electromechanical actuators can have a lower reliability or higher probability of failure than hydraulic actuators. For this reason, it is necessary for safety founders to absorb the lower reliability through an intelligent redundancy concept. For this purpose, at least four electromechanical actuators are now used instead of the previously required three hydraulic actuators. The arrangement of the actuators is chosen so that in case of failure of an actuator, the remaining actuators can take over its function. The failure of an actuator can be a blocking, so-called "jam", or a free-running without drive, so-called "free wheel". However, other errors may occur. As an example of further conceivable failure cases, it is possible for an actuator to perform uncontrolled movements due to disturbances and / or to generate forces, so-called "powered runaway". The arrangement of the actuators may depend, inter alia, on which failure exists or is considered more likely. In this way, a redundant system for operating a swash plate for a helicopter can be provided, in which compared to hydraulic actuators much cheaper electromechanical actuators can be used.

Die Aktuatoren können dabei elongierende Aktuatoren sein, beispielsweise mit einer durch einen Elektromotor hervorgerufenen Drehbewegung, die durch ein Schneckengetriebe in eine Linearbewegung umgesetzt wird. Selbstverständlich sind auch andere Linearantriebe wie z. B. Planetenrollengewindetriebe, Kugelgewindetriebe (Kugelgewindespindel), Rollengewindetriebe denkbar. Auch ist ein Drehaktuator denkbar, der beispielsweise mit Hilfe eines Exzenters oder Hebels eine Verstellbewegung ausführt, ein so genannter „rotary actuator”.The actuators may be elongating actuators, for example, with a caused by an electric motor rotational movement, which is converted by a worm gear in a linear motion. Of course, other linear actuators such. As planetary roller screw, ball screw (ball screw), roller screw conceivable. Also a Drehaktuator is conceivable, which carries out an adjustment movement, for example with the aid of an eccentric or lever, a so-called "rotary actuator".

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist der bewegliche Teil in Bezug auf den Basisteil in Bezug auf einen rotatorischen Freiheitsgrad um die Rotationsachse festgebremst, derart, dass ein statischer Fehler eines Aktuators in Form eines freilaufenden Aktuators durch die verbleibenden Aktuatoren kompensierbar ist.According to an exemplary embodiment of the invention, the movable part is braked with respect to the base part with respect to a rotational degree of freedom about the rotation axis, such that a static error of an actuator in the form of a free-running actuator can be compensated by the remaining actuators.

Auf diese Weise wird die Anzahl der Freiheitsgrade eingeschränkt und eine Bewegung des beweglichen Teils der Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung eingeschränkt. Die Ansteuerung der Aktuatoren außerhalb des Fehlerfalls erfolgt derart synchronisiert, dass das eigentlich durch vier Aktuatoren überbestimmte System mit drei Freiheitsgraden einwandfrei funktioniert. Im Fall eines ausgefallenen freilaufenden Aktuators ist das System nicht mehr überbestimmt und die verbleibenden drei Aktuatoren bestimmen das System mit drei Freiheitsgraden jetzt eindeutig. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass der bewegliche Teil keine weiteren Freiheitsgrade aufweist, er also insbesondere bezüglich der Rotationsachse festgebremst ist.In this way, the number of degrees of freedom is restricted and a movement of the movable part of the swash plate actuating device is restricted. The actuation of the actuators outside the fault occurs synchronized such that actually four actuators overdetermined system with three degrees of freedom works flawlessly. In the event of a failed freewheeling actuator, the system is no longer overdetermined and the remaining three actuators now uniquely determine the three degree of freedom system. The prerequisite for this, however, is that the movable part has no further degrees of freedom, so it is braked in particular with respect to the axis of rotation.

Für diesen Fall kann der Basisteil eine der Anzahl der Aktuatoren entsprechende Anzahl von Aktuatoraufnahmen aufweisen, die entlang einer konzentrisch zur Rotationsachse verlaufenden Kreislinie angeordnet sind, wobei der bewegliche Teil eine der Anzahl der Aktuatoren entsprechende Anzahl von Aktuatoraufnahmen aufweist, wobei der Winkelabstand jeweils zweier benachbarter Aktuatorenaufnahmen an dem Basisteil dem Winkelabstand zugehöriger Aktuatoraufnahmen an dem beweglichen Teil entspricht.In this case, the base part can have a number of actuator receptacles corresponding to the number of actuators, which are arranged along a circular line running concentrically to the axis of rotation, wherein the movable part has a number of actuator receptacles corresponding to the number of actuators, the angular distance of each two adjacent actuator receptacles on the base part corresponds to the angular distance associated actuator recordings on the movable part.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist der bewegliche Teil in Bezug auf den Basisteil einen rotatorischen Freiheitsgrad um die Rotationsachse auf, sodass ein statischer Fehler eines Aktuators in Form eines feststehenden Aktuators durch die verbleibenden Aktuatoren kompensierbar ist.According to an exemplary embodiment of the invention, the movable part has a rotational degree of freedom about the axis of rotation with respect to the base part, so that a static error of an actuator in the form of a fixed actuator can be compensated by the remaining actuators.

Auf diese Weise wird ein System bereitgestellt, dass einen Ausfall eines Aktuators auch dann kompensieren kann, wenn der Aktuator feststeht, also bezüglich seiner eigentlichen Betätigungs- und Bewegungsrichtung nunmehr starr ist. Der feststehende Aktuator nähme dem um die Rotationsachse festgebremsten System jetzt zwar den ursprünglichen translatorischen Freiheitsgrad bezüglich der Rotationsachse, jedoch wird dieser kompensiert durch den jetzt zusätzlich vorhandenen rotatorischen Freiheitsgrad um die Rotationsachse, wodurch sich der bewegliche Teil jetzt wieder in Richtung der Rotationsachse bewegen kann, und zwar auf einer Schraubenlinie, die durch den starren Aktuator vorgegeben wird.In this way, a system is provided that can compensate for a failure of an actuator even when the actuator is fixed, that is now rigid with respect to its actual operating and moving direction. The fixed actuator would now take the braked about the rotation axis system while the original translational degree of freedom with respect to the axis of rotation, but this is compensated by the now additionally available rotational degree of freedom about the axis of rotation, whereby the movable part can now move back in the direction of the axis of rotation, and although on a helical line, which is dictated by the rigid actuator.

Für diesen Fall kann der Basisteil eine der Anzahl der Aktuatoren entsprechende Anzahl von Aktuatoraufnahmen aufweisen, die entlang einer konzentrisch zur Rotationsachse verlaufenden Kreislinie angeordnet sind, wobei der bewegliche Teil eine der Anzahl der Aktuatoren entsprechende Anzahl von Aktuatoraufnahmen aufweist, wobei der Winkelabstand jeweils zweier benachbarter Aktuatoraufnahmen an dem Basisteil verschieden ist von dem Winkelabstand zugehöriger Aktuatoraufnahmen an dem beweglichen Teil. Auf diese Weise wird eine Verschränkung der Aktuatoren bzw. eine Verkippung bzw. Neigung der Aktuatoren gegeneinander erreicht, die eine Drehung des beweglichen Teils gegenüber dem Basisteil bezüglich der Rotationsachse erlaubt.In this case, the base part can have a number of actuator receptacles corresponding to the number of actuators, which are arranged along a circular line running concentrically to the axis of rotation, wherein the movable part has a number of actuator receptacles corresponding to the number of actuators, the angular distance of each two adjacent actuator receptacles on the base part is different from the angular distance associated actuator recordings on the movable part. In this way, an entanglement of the actuators or a tilt or inclination of the actuators is achieved against each other, which allows rotation of the movable part relative to the base part with respect to the axis of rotation.

Der bewegliche Teil kann bei dieser Ausführungsform in Bezug auf den Basisteil in Bezug auf einen rotatorischen Freiheitsgrad um die Rotationsachse jedoch auch festbremsbar ausgestaltet werden, sodass ein statischer Fehler eines Aktuators in Form eines freilaufenden Aktuators durch die verbleibenden Aktuatoren kompensierbar ist. Somit erfolgt eine Reduzierung der Freiheitsgrade, um eine eindeutige Bestimmtheit des Systems wieder herzustellen, wenn ein freilaufender Aktuator vorliegt, sodass die verbleibenden drei Aktuatoren das System dann wieder eindeutig bestimmen. Die Aktuatoren können in Bezug auf eine zu der Rotationsachse konzentrische Kreislinie paarweise zueinander geneigt sein.In this embodiment, however, the movable part can also be designed to be brakeable in relation to the base part with respect to a rotational degree of freedom about the rotational axis, so that a static error of an actuator in the form of a free-running actuator can be compensated by the remaining actuators. Thus, there is a reduction in the degrees of freedom to reestablish unambiguous certainty of the system when there is a free-running actuator, so that the remaining three actuators then uniquely determine the system again. The actuators may be inclined in pairs with respect to a circle concentric with the axis of rotation.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Aktuatoranordnung wenigstens fünf Aktuatoren auf.According to an exemplary embodiment of the invention, the actuator arrangement has at least five actuators.

Auf diese Weise kann auch ohne Notwendigkeit der Festbremsung des beweglichen Teils um die Rotationsachse sowohl ein freilaufender Aktuator als auch ein feststehender Aktuator durch die verbleibenden Aktuatoren kompensiert werden. Die geeignete Anordnung der fünf Aktuatoren macht das System zu einem überbestimmten System, dass im normalen Betriebsfall durch eine synchronisierte Ansteuerung der Aktuatoren betrieben werden kann, jedoch sowohl auf den freilaufenden, als auch auf den feststehenden Aktuator reagieren kann. Die durch den feststehende Aktuator hervorgerufene Blockierung kann dann gemäß obigen Ausführungen durch eine Rotation um die Rotationsachse kompensiert werden. Die Anordnung mit fünf Aktuatoren kann bei geeigneter Anordnung der Aktuatoren auch zwei zur gleichen Zeit freilaufende Aktuatoren kompensieren, dann mit festbremsen um die Rotationsachse, ebenso wie zur gleichen Zeit einen freilaufenden Aktuator und einen feststehenden Aktuator.In this way, both a free-running actuator and a fixed actuator can be compensated by the remaining actuators without the need for stalling the movable part about the axis of rotation. The proper arrangement of the five actuators makes the system an overdetermined system that in normal operation can be operated by synchronized actuation of the actuators, but can respond to both the free running and stationary actuators. The blocking caused by the fixed actuator can then be compensated in accordance with the above statements by a rotation about the axis of rotation. The arrangement with five actuators can compensate for a suitable arrangement of the actuators also two at the same time free-running actuators, then with brakes around the axis of rotation, as well as at the same time a free-running actuator and a fixed actuator.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Aktuatoranordnung sechs Aktuatoren auf.According to an exemplary embodiment of the invention, the actuator assembly comprises six actuators.

Auf diese Weise kann ebenso ohne Notwendigkeit der Festbremsung des beweglichen Teils um die Rotationsachse sowohl ein freilaufender Aktuator als auch ein feststehender Aktuator durch die verbleibenden Aktuatoren kompensiert werden. Die geeignete Anordnung der sechs Aktuatoren macht das System zu einem überbestimmten System, dass im normalen Betriebsfall durch eine synchronisierte Ansteuerung der Aktuatoren betrieben werden kann, jedoch sowohl auf den freilaufenden, als auch auf den feststehenden Aktuator reagieren kann. Die durch den feststehende Aktuator hervorgerufene Blockierung kann dann gemäß obigen Ausführungen durch eine Rotation um die Rotationsachse kompensiert werden. Die Anordnung mir sechs Aktuatoren kann bei geeigneter Anordnung der Aktuatoren auch zwei beliebige zur gleichen Zeit freilaufende beliebige Aktuatoren kompensieren, ebenso wie zur gleichen Zeit einen freilaufenden beliebigen Aktuator und einen feststehenden beliebigen Aktuator. Ferner können bei Ausfall bestimmter Aktuatoren auch drei ausgefallene Aktuatoren kompensiert werden, solange die drei notwendigen Freiheitsgrade aufrecht erhalten werden können.In this way, it is also possible to compensate for both a free-running actuator and a fixed actuator by the remaining actuators without the need for the stationary part to brake about the axis of rotation. The appropriate arrangement of the six actuators makes the system an overdetermined system that can be operated in normal operation by a synchronized actuation of the actuators, but can respond to both the free-running, as well as the fixed actuator. The caused by the fixed actuator blocking can then according to the above by a rotation about the axis of rotation can be compensated. The arrangement with six actuators can also compensate for any arbitrary actuators running freely at the same time with a suitable arrangement of the actuators, as well as at the same time a freely running arbitrary actuator and a stationary arbitrary actuator. Furthermore, in case of failure of certain actuators and three failed actuators can be compensated, as long as the three necessary degrees of freedom can be maintained.

Ferner kann eine Aktuatoraufnahme für einen ersten Aktuator und eine Aktuatoraufnahme für einen einerseits zum ersten Aktuator benachbarten zweiten Aktuator einen gemeinsamen Befestigungspunkt an dem Basisteil aufweisen und eine Aktuatoraufnahme für den ersten Aktuator und eine Aktuatoraufnahme für einen andererseits zum ersten Aktuator benachbarten zweiten Aktuator einen gemeinsamen Befestigungspunkt an dem beweglichen Teil aufweisen. Auf diese Weise kann die Anzahl der Festigungspunkte gering gehalten werden und ein stabiles veränderliches Aktuatortragwerk bereitgestellt werden.Furthermore, an actuator receptacle for a first actuator and an actuator receptacle for a second actuator adjacent to the first actuator may have a common attachment point to the base part and an actuator receptacle for the first actuator and an actuator receptacle for a second actuator adjacent to the first actuator a common attachment point have the moving part. In this way, the number of consolidation points can be kept low and a stable variable actuator support can be provided.

Ferner kann eine Aktuatoraufnahme für einen ersten Aktuator und eine Aktuatoraufnahme für einen einerseits zum ersten Aktuator benachbarten zweiten Aktuator einen gemeinsamen Befestigungsbereich an dem Basisteil aufweisen und eine Aktuatoraufnahme für den ersten Aktuator und eine Aktuatoraufnahme für einen andererseits zum ersten Aktuator benachbarten zweiten Aktuator einen gemeinsamen Befestigungsbereich an dem beweglichen Teil aufweisen, wobei die an einem Befestigungsbereich angeordneten Aktuatoraufnahmen voneinander beabstandet sind. Auf diese Weise wird bei einem Ausfall eines Aktuators eine verbesserte Kraftverteilung der verbleibenden Aktuatoren erreicht und ferner eine Bestimmtheit des Systems bei z. B. freilaufendem Ausfall von drei Aktuatoren an einem Hexapoden.Furthermore, an actuator receptacle for a first actuator and an actuator receptacle for a second actuator adjacent to the first actuator may have a common mounting area on the base part and an actuator receptacle for the first actuator and an actuator receptacle for a second actuator adjacent to the first actuator a common mounting area have the movable part, wherein the arranged on a mounting portion actuator shots are spaced from each other. In this way, an improved force distribution of the remaining actuators is achieved in a failure of an actuator and also determines a certainty of the system at z. B. free-running failure of three actuators on a hexapod.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung eines statischen Fehlerzustandes eines Aktuators auf.According to an exemplary embodiment of the invention, the swash plate actuating device has a detection device for detecting a static fault state of an actuator.

Auf diese Weise kann an ausgewählten oder allen Aktuatoren eine Erfassung des Betriebszustandes vorgenommen werden, um einen Fehlerzustand zu erkennen, um daraufhin eine Ansteuerung vornehmen zu können, die das System in einen eindeutig bestimmten Zustand zurückführt. Dies kann entweder durch erneute Umsynchronisierung der verbleibenden Aktuatoren bei Überbestimmtheit erfolgen oder durch Freigabe oder Sperrung weiterer Freiheitsgrade, insbesondere des rotatorischen Freiheitsgrades bezüglich der Rotationsachse. Jedoch ist auch die Freigabe der translatorischen Freiheitsgrade bezüglich der Kippachsen möglich, dann ist jedoch gegebenenfalls eine Umkonfigurierung der Taumelscheibenlagerung bezüglich des beweglichen Teils erforderlich.In this way, detection of the operating state can be performed on selected or all actuators in order to detect an error state in order then to be able to carry out a control which returns the system to a clearly determined state. This can be done either by resynchronization of the remaining actuators in case of overdetermination or by release or blocking of further degrees of freedom, in particular of the rotational degree of freedom with respect to the axis of rotation. However, the release of the translational degrees of freedom with respect to the tilting axes is possible, but then, if necessary, a reconfiguration of the swash plate bearing with respect to the movable part is required.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung eine Freigabevorrichtung auf zur Freigabe eines feststehenden Aktuators zur Umwandlung in einen freilaufenden Aktuator bei Erfassung eines statischen Fehlerzustandes eines Aktuators.According to an exemplary embodiment of the invention, the swash plate actuating device has a release device for releasing a fixed actuator for conversion into a free-running actuator upon detection of a static fault state of an actuator.

Auf diese Weise kann eine Umwandlung von einem freilaufenden Aktuator in einen feststehenden Aktuator erfolgen, etwa wenn die Konfiguration der Aktuatoranordnung dies erfordert. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der bewegliche Teil bezüglich des rotatorischen Freiheitsgrades bezüglich der Rotationsachse festgebremst ist und dann ein Aktuator fehlerbedingt zum feststehenden Aktuator wird. Der dann blockierte translatorische Freiheitsgrad bezüglich der Rotationsachse kann durch die Freigabe dann aufgelöst werden. Dies kann beispielsweise durch eine Kupplung zwischen Antrieb und Abtrieb des Aktuators erfolgen. Die Kupplung kann elektrisch betrieben werden, jedoch auch mechanisch oder anderweitig, sie kann reversibel oder irreversibel sein, durch z. B. Bruch einer Sollbruchstelle.In this way, conversion from a free running actuator to a fixed actuator may occur, such as when the actuator assembly configuration requires it. This may be the case, for example, if the movable part is braked with respect to the rotational degree of freedom with respect to the axis of rotation and then an actuator becomes a fixed actuator due to an error. The then blocked translatory degree of freedom with respect to the rotation axis can then be resolved by the release. This can be done for example by a coupling between the drive and output of the actuator. The coupling can be operated electrically, but also mechanically or otherwise, it can be reversible or irreversible, by z. B. Breakage of a predetermined breaking point.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung eine Verriegelungsvorrichtung auf zur Verriegelung eines freilaufenden Aktuators zur Umwandlung in einen feststehenden Aktuator bei Erfassung eines statischen Fehlerzustandes eines Aktuators.According to an exemplary embodiment of the invention, the swash plate actuating device has a locking device for locking a free-running actuator for conversion into a fixed actuator upon detection of a static fault condition of an actuator.

Auf diese Weise kann eine Umwandlung von einem freilaufenden in einen feststehenden Aktuator erfolgen, etwa wenn die Konfiguration der Aktuatoranordnung dies erfordert. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der bewegliche Teil bezüglich des rotatorischen Freiheitsgrades bezüglich der Rotationsachse nicht festgebremst ist und dann ein Aktuator fehlerbedingt zum freilaufenden Aktuator wird. Die in diesem Fall vier Freiheitsgrade machen das System bei verbleibenden drei Aktuatoren zu einem mechanisch unterbestimmten System. Die Verriegelung oder Blockierung reduziert dann die Freiheitsgrade, sodass dann wieder ein mechanisch bestimmtes System vorliegt. Dies kann beispielsweise durch eine Kupplung zwischen Antrieb und Abtrieb des Aktuators erfolgen. Die Kupplung kann elektrisch betrieben werden, jedoch auch mechanisch, und reversibel oder mechanisch irreversibel sein.In this way, a conversion from a free-running to a fixed actuator may occur, such as when the configuration of the actuator assembly requires it. This may be the case, for example, if the movable part is not braked with respect to the rotational degree of freedom with respect to the axis of rotation and then an actuator becomes the free-running actuator due to an error. The four degrees of freedom in this case make the system a mechanically underdetermined system for the remaining three actuators. The locking or blocking then reduces the degrees of freedom, so then again there is a mechanically determined system. This can be done for example by a coupling between the drive and output of the actuator. The coupling can be operated electrically, but also mechanically, and reversibly or mechanically irreversible.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Helikopter mit einer erfindungsgemäßen Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung bereit gestellt.According to an exemplary embodiment of the invention, a helicopter with a Swash plate actuating device according to the invention provided.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Betätigung einer Taumelscheibe für einen Helikopter bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst, ein Erfassen von Parametern einer Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung mit einem Basisteil, einem beweglichen Teil und einer Aktuatoranordnung, wobei der Basisteil mit einem Rumpf eines Helikopters verbindbar ist, wobei der bewegliche Teil mit einer um eine Rotationsachse drehbare Taumelscheibe eines Helikopters verbindbar ist, wobei der bewegliche Teil und der Basisteil durch die Aktuatoranordnung miteinander mechanisch bewegbar gekoppelt sind, wobei der bewegliche Teil mit Bezug auf den Basisteil wenigstens einen ersten Freiheitsgrad, einen zweiten Freiheitsgrad und einen dritten Freiheitsgrad aufweist, wobei der erste Freiheitsgrad ein translatorischer Freiheitsgrad in Richtung der Rotationsachse ist, wobei der zweite Freiheitsgrad ein rotatorischer Freiheitsgrad um eine erste Kippachse quer zur Rotationsachse ist, wobei der dritte Freiheitsgrad ein rotatorischer Freiheitsgrad um eine zweite Kippachse quer zu der ersten Kippachse und quer zu der Rotationsachse ist, wobei die Aktuatoranordnung wenigstens vier elektromechanischen Aktuatoren aufweist, wobei die Aktuatoren abgestimmt auf die Anzahl und der Art der Freiheitsgrade angesteuert werden, ein Ermitteln eines Bestimmtheitszustandes der Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung auf der Grundlage des Erfassens der Parameter, ein Vergleichen des ermittelten Bestimmtheitszustandes der Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung mit einem Soll-Bestimmtheitszustand, ein Anpassen des Bestimmtheitszustands der Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung an einen Soll-Bestimmtheitszustand.According to an exemplary embodiment of the invention, there is provided a method of operating a swashplate for a helicopter, the method comprising detecting parameters of a swashplate actuator comprising a base member, a movable member, and an actuator assembly, the base member being connectable to a body of a helicopter wherein the movable member is connectable to a swash plate of a helicopter rotatable about a rotation axis, the movable member and the base member being mechanically movably coupled to each other by the actuator assembly, the movable member having at least a first degree of freedom, a second degree of freedom with respect to the base member and a third degree of freedom, wherein the first degree of freedom is a translational degree of freedom in the direction of the axis of rotation, wherein the second degree of freedom is a rotational degree of freedom about a first tilting axis transverse to the rotation nsachse is, wherein the third degree of freedom is a rotational degree of freedom about a second tilt axis transverse to the first tilt axis and transverse to the axis of rotation, wherein the actuator assembly comprises at least four electromechanical actuators, wherein the actuators are controlled in accordance with the number and the type of degrees of freedom determining a determination state of the swash plate operation device based on the detection of the parameters, comparing the determined determination state of the swash plate operation device with a target determination state, adjusting the determination state of the swash plate operation device to a target determination state.

Für das Verfahren gelten sinngemäß die zu der Vorrichtung gemachten Ausführungen und Beschreibungen.The statements and descriptions made with respect to the device apply mutatis mutandis to the method.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind die ermittelten Parameter aus einer Gruppe, bestehend aus den Parametern Kräfte, Bewegungen, Temperaturen, elektrische Spannungen und elektrische Ströme, die jeweils mittels Kraftsensoren, Bewegungssensoren, Temperatursensoren, elektrischen Spannungsmessern bzw. elektrischen Strommessern ermittelbar sind.According to an exemplary embodiment of the invention, the parameters determined are from a group consisting of the parameters forces, movements, temperatures, electrical voltages and electrical currents, which can be determined in each case by means of force sensors, motion sensors, temperature sensors, electric voltmeters or electric current meters.

Auf diese Weise kann an den Aktuatoren festgestellt werden, ob ein Ausfall vorliegt, oder bei vorliegen entsprechender Information und Messwerten, ein Ausfall kurz bevor steht. Dabei kann z. B. durch Kraftmesser der Widerstand des Aktuators gegen den beweglichen Teil ermittelt werden, um bei Überschreitung eines Sollwertes zu dem Schluss zu kommen, dass einer der Aktuatoren fehlerhaft freiläuft oder feststeht bzw. unkontrollierte Bewegungen ausführt und/oder Kräfte erzeugt. Die Bewegungsmessung kann beispielsweise durch Näherungssensoren oder Positionssensoren erfolgen, die eine Anomalie in der Stellung detektieren, etwa bei einem mechanisch unterbestimmten System. Die Temperaturmessung kann beispielsweise durch Temperatursensoren erfolgen, die ein Heißlaufen eines Aktuators oder auch eine Abkühlung bei Passivität ermitteln. Passivität kann jedoch auch zu einer Überhitzung führen. Spannungs- und Stromverläufe können sowohl auf veränderte Lasten bzw. Kräfte, als auch z. B. auf defekte Elektromotoren hinweisen. Ebenso können Spannungs- und Strommessungen auf veränderte Temperaturen hinweisen unter Ausnutzung von Temperaturbeiwerten von Leitern. Dabei kann durch eine Mustererkennung bzw. Korrelation der Messwerte verschiedener Aktuatoren eine Diagnose gestellt werden, die einen Schluss darauf zulässt, welche Aktuatoren in welcher Art und Weise fehlerhaft arbeiten oder welche Aktuatoren gegebenenfalls in nächster Zeit ausfallen könnten.In this way, it can be determined on the actuators whether a failure exists, or if there is appropriate information and measured values, a failure is imminent. It can be z. B. be determined by force gauge, the resistance of the actuator against the movable part to come to the conclusion when exceeding a target value that one of the actuators erroneously freewheeling or fixed or executes uncontrolled movements and / or forces. The motion measurement can be done for example by proximity sensors or position sensors that detect an anomaly in the position, such as a mechanically underdetermined system. The temperature measurement can be carried out, for example, by temperature sensors which detect hot running of an actuator or also cooling in the event of passivity. Passivity can also lead to overheating. Voltage and current gradients can be both on changed loads or forces, as well as z. B. indicate defective electric motors. Similarly, voltage and current measurements can indicate changed temperatures by taking advantage of temperature coefficients of conductors. In this case, a diagnosis can be made by a pattern recognition or correlation of the measured values of various actuators, which allows a conclusion as to which actuators work incorrectly in what manner or which actuators could possibly fail in the near future.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind die ermittelten Parameter statische Fehlerzustände eines Aktuators.According to an exemplary embodiment of the invention, the parameters determined are static error states of an actuator.

Auf diese Weise können die Fehlerzustände erfasst werden und die zu verarbeitende Datenmenge reduziert werden, da pro Aktuator nur drei Zustände, nämlich Normalfall, Freilauf und Feststehen erfasst und verarbeitet werden müssen. Ein weiterer mögliche Fehlerfall unkontrollierter Bewegungen und Kräfte kann gegebenenfalls auch erkannt und abgefangen werden.In this way, the error conditions can be detected and the amount of data to be processed can be reduced because only three states, namely normal case, freewheeling and fixed must be detected and processed per actuator. Another possible failure of uncontrolled movements and forces may possibly also be detected and intercepted.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Anpassen ein Freigeben eines feststehenden Aktuators zur Umwandlung in einen freilaufenden Aktuator.According to an exemplary embodiment of the invention, the adjusting comprises releasing a fixed actuator for conversion to a free-running actuator.

Auf diese Weise bleibt gemäß den obigen Ausführungen zu der analogen Vorrichtung die Steuerbarkeit des Systems in bestimmten Zuständen erhalten.In this way, according to the above explanations regarding the analog device, the controllability of the system in certain states is maintained.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Anpassen ein Verriegeln eines freilaufenden Aktuators zur Umwandlung in einen feststehenden Aktuator.According to an exemplary embodiment of the invention, the adjusting comprises locking a free-running actuator for conversion to a fixed actuator.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Anpassen ein Festbremsen oder Freigeben des beweglichen Teil in Bezug auf den Basisteil in Bezug auf einen rotatorischen Freiheitsgrad um die Rotationsachse, sodass ein statischer Fehler eines Aktuators durch eine geeignet koordinierte Bewegung der verbleibenden Aktuatoren kompensierbar ist.According to an exemplary embodiment of the invention, the adjusting comprises a hard braking or releasing of the movable part with respect to the base part with respect to a rotational one Degree of freedom about the axis of rotation, so that a static error of an actuator can be compensated by a suitably coordinated movement of the remaining actuators.

Auf diese Weise bleibt gemäß den obigen Ausführungen zu der analogen Vorrichtung die Steuerbarkeit des Systems in bestimmten Zuständen erhalten. Die Verriegelung und die Freigabe muss dabei nicht zwingend an dem Aktuator erfolgen, der einen statischen Fehler aufweist. Vielmehr kann zur Kompensierung eines statischen Fehlers in Form eines feststehenden Aktuators oder auch eines freilaufenden Aktuators eine Verriegelung oder eine Freigabe an einem davon verschiedenen Aktuator erfolgen.In this way, according to the above explanations regarding the analog device, the controllability of the system in certain states is maintained. The locking and release must not necessarily take place on the actuator, which has a static error. Rather, to compensate for a static error in the form of a fixed actuator or a freewheeling actuator lock or release done on a different actuator.

Diese und andere Aspekte der Erfindung werden durch die Bezugnahme auf die hiernach beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen erläutert und verdeutlicht.These and other aspects of the invention will be elucidated and clarified by reference to the exemplary embodiments hereinafter described.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.Exemplary embodiments will be described below with reference to the following drawings.

1 zeigt eine allgemeine Ansicht einer erfindungsgemäßen Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung zur Erläuterung der einzelnen Elemente und Komponenten, die im Zusammenhang mit dieser Erfindung verwendet werden. 1 shows a general view of a swash plate actuator according to the invention for explaining the individual elements and components that are used in the context of this invention.

2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung mit Sensoren und Unteraktuatoren an den eigentlichen Aktuatoren. 2 shows an exemplary embodiment of the invention with sensors and sub-actuators on the actual actuators.

3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, bei der es zu einem Ausfall eines Aktuators in Form eines feststehenden Aktuators kommt. 3 shows an exemplary embodiment in which there is a failure of an actuator in the form of a fixed actuator.

4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, bei der es zu einem Ausfall von zwei Aktuatoren kommt. 4 shows an exemplary embodiment in which there is a failure of two actuators.

5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, bei der es zum Ausfall von zwei Aktuatoren kommt, wobei die mechanische Integrität erhalten bleibt. 5 shows an exemplary embodiment in which it comes to the failure of two actuators, wherein the mechanical integrity is maintained.

6 zeigt zwei unterschiedliche beispielhafte Ausgestaltungen einer Betätigungsvorrichtung mit vier Aktuatoren. 6 shows two different exemplary embodiments of an actuator with four actuators.

7 zeigt zwei unterschiedliche beispielhafte Ausgestaltungen einer Betätigungsvorrichtung mit fünf Aktuatoren. 7 shows two different exemplary embodiments of an actuator with five actuators.

8 zeigt zwei unterschiedliche beispielhafte Ausgestaltungen einer Betätigungsvorrichtung mit sechs Aktuatoren. 8th shows two different exemplary embodiments of an actuator with six actuators.

9 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensorauswertung und Unteraktuatoransteuerung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 9 FIG. 12 shows an example embodiment of a sensor evaluation and subactuator drive according to an exemplary embodiment of the invention. FIG.

10 zeigt einen Helikopter mit einer erfindungsgemäßen Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung. 10 shows a helicopter with a swash plate actuator according to the invention.

11 zeigt einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 11 shows a schematic sequence of a method according to the invention.

Detaillierte Beschreibung beispielhafter AusführungsformenDetailed description of exemplary embodiments

1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung. Die in 1 gezeigte Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung 1 besteht aus einem Basisteil 10, der beispielsweise mit einem hier nicht gezeigten Rumpf 4 eines Helikopters verbunden ist. Ferner weist die Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung 1 einen beweglichen Teil 20 auf, der mit einer ebenfalls nicht gezeigten Taumelscheibe 5 eines Helikopters 2 verbunden ist. Dabei sei angemerkt, dass sich die hier gezeigte gesamte Betätigungsvorrichtung nicht zusammen mit dem hier nicht gezeigten Rotor dreht, der um eine Rotationsachse 41 rotiert. Vielmehr wird die eigentliche Taumelscheibe 5, an der sich die Hebel zur Verstellung der Rotorblätter befinden, drehbar an dem beweglichen Teil 20 gelagert, so dass die Taumelscheibe sich bezüglich der Rotationsachse 41 dreht, der bewegliche Teil 20 jedoch im Wesentlichen keine umlaufende Rotation um die Rotationsachse 41 vollzieht. Die Ankopplung der Taumelscheibe an den beweglichen Teil 20 kann dabei beispielsweise mittels eines Wälz- bzw. Gleitlagers erfolgen. 1 shows an exemplary embodiment of a swash plate actuator according to the invention. In the 1 shown swash plate actuator 1 consists of a base part 10 for example, with a hull not shown here 4 connected to a helicopter. Furthermore, the swash plate actuating device 1 a moving part 20 on, with a likewise not shown swash plate 5 a helicopter 2 connected is. It should be noted that the entire actuator shown here does not rotate together with the rotor, not shown here, which is about an axis of rotation 41 rotates. Rather, the actual swash plate 5 , at which the levers for adjusting the rotor blades are rotatably mounted on the moving part 20 stored so that the swash plate with respect to the axis of rotation 41 turns, the moving part 20 however, essentially no rotating rotation about the axis of rotation 41 takes place. The coupling of the swash plate to the moving part 20 can be done for example by means of a rolling or sliding bearing.

Der Basisteil 10 ist mit dem beweglichen Teil 20 über eine Aktuatoranordnung 30 verbunden, die in der hier gezeigten Ausführungsform insgesamt sechs Aktuatoren 31, 32, 33, 34, 35, 36 aufweist. Es sind grundsätzlich jedoch auch mehr oder auch weniger Aktuatoren denkbar. Die Aktuatoren sind einerseits an dem Basisteil 10 befestigt über die Aktuatoraufnahmen 11, 12, 13, 14, 15, 16 sowie andererseits an dem beweglichen Teil 20 über die Aktuatoraufnahmen 21, 22, 23, 24, 25, 26. In der hier gezeigten Ausführungsform fallen jeweils zwei Aktuatoraufnahmen an dem Basisteil sowie zwei Aktuatoraufnahmen an dem beweglichen Teil zusammen, so dass in der hier gezeigten Ausführungsform eine Hexapodenanordnung bereitgestellt wird.The base part 10 is with the moving part 20 via an actuator arrangement 30 connected in the embodiment shown here a total of six actuators 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 having. In principle, however, more or fewer actuators are conceivable. The actuators are on the one hand on the base part 10 attached via the actuator holders 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 and on the other hand on the movable part 20 via the actuator holders 21 . 22 . 23 . 24 . 25 . 26 , In the embodiment shown here, in each case two actuator receptacles on the base part and two actuator receptacles on the movable part coincide so that in the embodiment shown here a hexapod arrangement is provided.

Ein mechanisches System kann im Wesentlichen drei translatorische Freiheitsgrade 51, 53, 55 sowie drei rotatorische Freiheitsgrade 52, 54, 56 aufweisen. Dabei werden mit Bezug auf diese Erfindung der translatorische Freiheitsgrad 51 und der rotatorische Freiheitsgrad 52 bezüglich der Rotationsachse 41, der translatorische Freiheitsgrad 53 sowie der rotatorische Freiheitsgrad 54 um die erste Kippachse 43 sowie der dritte translatorische Freiheitsgrad 55 und der dritte rotatorische Freiheitsgrad 56 um die zweite Kippachse 45 festgelegt. Die beiden Kippachsen 43, 45 sind dabei quer zueinander angeordnet. In der hier gezeigten Ausführungsform sind die beiden Kippachsen 43, 45 orthogonal zueinander und auch orthogonal zur Rotationsachse 41 angeordnet, dies ist jedoch für die Erfindung nicht zwingend notwendig. Vielmehr können die beiden Kippachsen auch in einem anderen Winkel zueinander und auch zur Rotationsachse angeordnet sein und müssen sich für die prinzipielle Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch nicht zwingend schneiden. A mechanical system can essentially have three translatory degrees of freedom 51 . 53 . 55 as well as three rotational degrees of freedom 52 . 54 . 56 exhibit. In this case, with reference to this invention, the translational degree of freedom 51 and the rotational degree of freedom 52 with respect to the axis of rotation 41 , the translational degree of freedom 53 and the rotational degree of freedom 54 around the first tilt axis 43 and the third translational degree of freedom 55 and the third rotational degree of freedom 56 around the second tilt axis 45 established. The two tilt axes 43 . 45 are arranged transversely to each other. In the embodiment shown here, the two tilt axes 43 . 45 orthogonal to each other and also orthogonal to the axis of rotation 41 arranged, but this is not mandatory for the invention. Rather, the two tilting axes can also be arranged at a different angle to one another and also to the rotation axis and also do not necessarily have to intersect for the basic function of the device according to the invention.

Die 2 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, anhand der die prinzipielle Funktion der erfindungsgemäßen Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung erläutert wird. Die Taumelscheibe weist ungeachtet der synchronen Rotation mit dem Helikopterrotor drei Freiheitsgrade auf, und zwar einen translatorischen Freiheitsgrad 51 entlang der Rotationsachse 41 sowie einen rotatorischen Freiheitsgrad 54 und einen rotatorischen Freiheitsgrad 56 jeweils bezüglich der Kippachsen 43 und 45. Mittels des translatorischen Freiheitsgrades 51 entlang der Rotationsachse 41 wird eine gleichzeitige Verstellung sämtlicher Rotorblätter vorgenommen, die für eine Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung des Helikopters ursächlich ist, eine so genannte kollektive Blattverstellung. Darüber hinaus das Verkippen der Helikopterrotorblätter um eine Kippachse 43 ursächlich für eine seitliche Bewegung sowie durch ein Verkippen um eine Kippachse 45 ursächlich für eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung sein, eine so genannte zyklische Blattverstellung. Grundsätzlich ist es für eine Anordnung mit drei notwendigen Freiheitsgraden ausreichend, drei entsprechend angeordnete Aktuatoren vorzusehen, so wie es im Stand der Technik der Fall ist. Um jedoch den Ausfall eines der Aktuatoren 31 bis 36 kompensieren zu können, ist es notwendig, weitere Aktuatoren vorzusehen, um die eindeutige Bestimmtheit des Systems bezüglich der drei notwendigen Freiheitsgrade aufrechterhalten zu können. Dies wird später noch im Detail erläutert. Der bewegliche Teil 20 kann mittels eines Lagers quer zur Rotationsachse 41 bezüglich der translatorischen Freiheitsgrade 53 und 55, aber verschieblich entlang des translatorischen Freiheitsgrades 51 gelagert sein.The 2 shows a further exemplary embodiment of the invention, based on the basic function of the swash plate actuating device according to the invention will be explained. The swash plate, despite the synchronous rotation with the helicopter rotor on three degrees of freedom, namely a translational degree of freedom 51 along the axis of rotation 41 and a rotational degree of freedom 54 and a rotational degree of freedom 56 each with respect to the tilt axes 43 and 45 , By means of the translational degree of freedom 51 along the axis of rotation 41 a simultaneous adjustment of all rotor blades is made, which is responsible for an upward or downward movement of the helicopter, a so-called collective pitch adjustment. In addition, the tilting of the helicopter rotor blades about a tilt axis 43 the cause of a lateral movement as well as a tilting about a tilt axis 45 cause for a forward and backward movement, a so-called cyclic pitch adjustment. Basically, it is sufficient for an arrangement with three necessary degrees of freedom to provide three appropriately arranged actuators, as is the case in the prior art. However, the failure of one of the actuators 31 to 36 In order to be able to compensate, it is necessary to provide further actuators in order to be able to maintain the clear certainty of the system with regard to the three necessary degrees of freedom. This will be explained later in detail. The moving part 20 can by means of a bearing transverse to the axis of rotation 41 in terms of translational degrees of freedom 53 and 55 , but displaceable along the translational degree of freedom 51 be stored.

Die Aktuatoren können darüber hinaus mit Sensoren versehen sein, die in der hier gezeigten prinzipiellen Darstellung an den Aktuatoren angebracht sind. Diese Sensoren 71, 72, 73, 74, 75, 76 können dazu dienen, den Betriebszustand des Aktuators zu bestimmen. Dies kann beispielsweise mittels einer Kraftmessung durch Kraftmessdosen oder Dehnmessstreifen erfolgen, durch eine Bewegungsmessung mittels Näherungs- bzw. Positionssensoren, mittels Temperatursensoren, die eine Überhitzung oder Abkühlung unterhalb der Betriebstemperatur erfassen können, ebenso wie durch die Messung von Betriebsspannungen bzw. Betriebsströmen, die Aufschluss über das Betriebsverhalten eines Aktuators geben können, insbesondere bezüglich der Leistungsaufnahme. Diese Sensoren müssen nicht zwingend direkt am Aktuator angeordnet sein, sondern können bei geeigneter Wahl des Sensors auch beabstandet vom Aktuator angeordnet sein, was insbesondere bei den Strom- und Spannungssensoren der Fall vorteilhaft ist.The actuators can also be provided with sensors, which are mounted in the basic illustration shown here on the actuators. These sensors 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 may serve to determine the operating state of the actuator. This can be done for example by means of a force measurement by load cells or strain gauges, by a motion measurement using proximity or position sensors, by means of temperature sensors that can detect overheating or cooling below the operating temperature, as well as by the measurement of operating voltages or operating currents, the information about can give the performance of an actuator, in particular with respect to the power consumption. These sensors need not necessarily be arranged directly on the actuator, but may also be arranged at a suitable choice of the sensor and spaced from the actuator, which is particularly advantageous in the case of the current and voltage sensors of the case.

Darüber hinaus ist in der hier gezeigten Ausführungsform der 2 an jedem Aktuator eine Freigabevorrichtung 81, 82, 83, 84, 85, 86 sowie eine Verriegelungsvorrichtung 91, 92, 93, 94, 95, 96 vorgesehen. Diese Freigabe- bzw. Verriegelungsvorrichtungen müssen nicht zwingend zusammen und auch nicht an jedem Aktuator vorgesehen sein. Diese Freigabe- bzw. Verriegelungsvorrichtungen dienen dazu, beispielsweise einen fehlerbedingt feststehenden Aktuator derart zu entriegeln, dass dieser zu einem freilaufenden Aktuator wird und den Bewegungsspielraum der Anordnung nicht weiter einschränkt. Ferner kann es notwendig sein, einen freilaufenden Aktuator mittels einer Verriegelungsvorrichtung zu verriegeln, um ein beispielsweise statisch unterbestimmtes System wieder in eine statische Bestimmtheit zu überführen. Der Begriff statische Bestimmtheit schließt an dieser Stelle eine Bewegung der Aktuatoren im Sinne einer Betätigung einer Taumelscheibe nicht aus. Derartige Freigabe- bzw. Verriegelungsvorrichtungen können beispielsweise mittels einer Kupplung oder Bremse realisiert werden, die beispielsweise gesteuert eingreift oder freigibt, ebenso wie beispielsweise durch eine Sollbruchstelle, die bei einer mechanischen Überlastung über einen Sollwert hinaus entsprechenden bricht und damit einen Aktuator entweder freigibt oder blockiert, je nachdem wie das mechanische System ausgelegt ist.Moreover, in the embodiment shown here 2 a release device on each actuator 81 . 82 . 83 . 84 . 85 . 86 and a locking device 91 . 92 . 93 . 94 . 95 . 96 intended. These release or locking devices need not necessarily be provided together and also not on each actuator. These release or locking devices are used, for example, to unlock a fault-fixed actuator in such a way that it becomes a free-running actuator and does not restrict the range of motion of the arrangement further. Furthermore, it may be necessary to lock a free-running actuator by means of a locking device, in order to convert an example, statically under-determined system again into a static certainty. The term static certainty does not exclude at this point a movement of the actuators in the sense of an operation of a swash plate. Such release or locking devices can be realized for example by means of a clutch or brake, which engages for example controlled or releases, as well as, for example, by a predetermined breaking point, the corresponding breaks in a mechanical overload beyond a setpoint and thus an actuator either releases or blocks, depending on how the mechanical system is designed.

3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, bei der einer der Aktuatoren 31, 31' fehlerbedingt feststehend geworden ist, somit also nicht mehr einer Bewegung des Systems in Längsrichtung folgt. Bei den zuvor beschriebenen drei Freiheitsgraden bedeutet ein feststehender Aktuator, dass die translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade nur noch gekoppelt d. h. nicht mehr beliebig unabhängig voneinander angesteuert werden können. Diese Blockierung des Freiheitsgrades 51 kann jedoch dadurch umgangen werden, dass für den beweglichen Teil 20 der rotatorische Freiheitsgrad 52 bezüglich der Rotationsachse 41 beispielsweise durch eine Entsperrung freigegeben wird, so dass sich der bewegliche Teil 20, 20' um die Rotationsachse 41 drehen kann und dabei bei einem feststehenden Aktuator 31, 31' wieder den translatorischen Freiheitsgrad 51 bezüglich der Rotationsachse 41 erhält. Dies ist in 3 durch die gepunkteten Linien dargestellt. In der Ausgangsposition 20' befindet sich der bewegliche Teil in einer oberen Position bei einem feststehenden Aktuator 31'. Um den beweglichen Teil 20' nun in eine untere Position 20 zu bringen, entlang des translatorischen Freiheitsgrades 51 bezüglich der Rotationsachse 41, wird nun der bewegliche Teil 20' gedreht und verschiebt sich somit entlang des Umfangs um einen Betrag 62. Aufgrund des feststehenden Aktuators 31' schwenkt dieser Aktuator nun um einen Winkelabstand 60 nach unten, wodurch sich der gesamte bewegliche Teil 20' um den Verschiebungsbetrag 61 nach unten in Position des beweglichen Teils 20 verschiebt. Selbstverständlich müssen die verbleibenden Aktuatoren diese Bewegung synchronisiert mittragen und werden mittels einer hier nicht gezeigten Steuerung entsprechend kompensiert angesteuert, so dass das System weiterhin eindeutig bestimmt bleibt. Dabei verschieben sich selbstverständlich auch die anderen Aktuatoren 32' bis 36' in die neue Position 32 bis 36, ebenso wie sich die Aktuatoraufnahmen 21' bis 26' an dem beweglichen Teil 20' in die neue Position 21 bis 26 bewegen, in der sich dann der bewegliche Teil 20 befindet. Auf diese Weise kann durch Freigabe eines weiteren Freiheitsgrades 52 um die Rotationsachse 41 ein feststehender Aktuator 31 durch die verbliebenen Aktuatoren bei entsprechend veränderter synchronisierter Ansteuerung kompensiert werden. 3 shows an exemplary embodiment of the invention, in which one of the actuators 31 . 31 ' has become fixed due to error, thus no longer follows a movement of the system in the longitudinal direction. In the case of the above-described three degrees of freedom, a fixed actuator means that the translational and rotational degrees of freedom can only be coupled, ie not independently controlled, independently of one another. This blocking of the degree of freedom 51 can be circumvented by that for the moving part 20 the rotational degree of freedom 52 with respect to the axis of rotation 41 for example, released by an unlock, so that the moving part 20 . 20 ' around the axis of rotation 41 can rotate while holding a fixed actuator 31 . 31 ' again the translatory degree of freedom 51 with respect to the axis of rotation 41 receives. This is in 3 represented by the dotted lines. In the starting position 20 ' the movable part is in an upper position with a fixed actuator 31 ' , To the moving part 20 ' now in a lower position 20 along the translational degree of freedom 51 with respect to the axis of rotation 41 , now becomes the moving part 20 ' rotated and thus shifts along the circumference by an amount 62 , Due to the fixed actuator 31 ' This actuator now pivots at an angular distance 60 down, resulting in the entire moving part 20 ' around the shift amount 61 down to the position of the moving part 20 shifts. Of course, the remaining actuators must support this movement in a synchronized manner and are controlled in a correspondingly compensated manner by means of a control, not shown here, so that the system remains uniquely determined. Naturally, the other actuators will also be shifted 32 ' to 36 ' in the new position 32 to 36 as well as the actuator shots 21 ' to 26 ' on the moving part 20 ' in the new position 21 to 26 move in which then the moving part 20 located. In this way, by releasing another degree of freedom 52 around the axis of rotation 41 a fixed actuator 31 be compensated by the remaining actuators with correspondingly changed synchronized control.

Die in 4 gezeigte Anordnung zeigt eine Betätigungsvorrichtung, bei der es in zwei Aktuatoren 31, 32 zu einem Fehlerfall gekommen ist. Im Fall, dass die hier fehlerhaft gezeigten Aktuatoren 31, 32 feststehende Aktuatoren werden, geht die Möglichkeit verloren, den translatorischen Freiheitsgrad 51 durch die Freigabe des rotatorischen Freiheitsgrades 52 wieder herzustellen. In diesem Fall ist es sinnvoll, wenigstens einen der feststehenden Aktuatoren 31, 32 mittels der Freigabevorrichtung 81, 82 in einen freilaufenden Aktuator umzuwandeln, wodurch die Kompensationsmöglichkeit durch Freigabe des rotatorischen Freiheitsgrades 52 um die Rotationsachse 41 wieder hergestellt wird. Die Funktion ist dann analog der in 3 gezeigten Anordnung.In the 4 shown arrangement shows an actuator in which it is in two actuators 31 . 32 an error occurred. In the case that the actuators shown here incorrectly 31 . 32 become fixed actuators, the possibility is lost, the translational degree of freedom 51 by the release of the rotational degree of freedom 52 restore. In this case, it makes sense to have at least one of the fixed actuators 31 . 32 by means of the release device 81 . 82 to convert into a free-running actuator, whereby the possibility of compensation by releasing the rotational degree of freedom 52 around the axis of rotation 41 is restored. The function is then analogous to the one in 3 shown arrangement.

Für den Fall, dass die beiden fehlerhaften Aktuatoren 31, 32 fehlerbedingt freilaufende Aktuatoren werden, ist das hier gezeigte System statisch bzw. mechanisch nicht mehr bestimmt, da einer der drei hier vorhandenen Befestigungspunkte in Form der Aktuatoraufnahmen, hier der mit 21, 22 bezeichnete Punkt, keine mechanische Stützung mehr erfährt. Daher würde das System in diesem Fall kollabieren. Für diesen Fall ist es sinnvoll, wenigstens einen der beiden freilaufenden Aktuatoren 31, 32 mit Hilfe der Verriegelungsvorrichtung 91, 92 derart zu verriegeln bzw. zu verblocken, dass ein starrer Aktuator bzw. ein feststehender Aktuator entsteht, der wiederum eine statische Bestimmtheit und Umgehung der Blockade durch die Freigabe des rotatorischen Freiheitsgrades 52 um die Drehachse 41 erlaubt.In the event that the two faulty actuators 31 . 32 error-free freewheeling actuators, the system shown here is static or mechanical no longer determined, since one of the three existing attachment points in the form of actuator recordings, here with the 21 . 22 designated point, no mechanical support learns more. Therefore, the system would collapse in this case. For this case, it makes sense, at least one of the two free-running actuators 31 . 32 with the help of the locking device 91 . 92 lock or block such that a rigid actuator or a fixed actuator is formed, in turn, a static certainty and circumvention of the blockade by the release of the rotational degree of freedom 52 around the axis of rotation 41 allowed.

Die statische Bestimmtheit eines Hexapodensystems kann jedoch auch dadurch wieder hergestellt werden, dass die Aufhängungspunkte bzw. Aufnahmepunkte 21 bis 26 der Aktuatoren 31 bis 36 nicht paarweise zusammengelegt werden und innerhalb eines Befestigungsbereiches voneinander beabstandet sind, so wie es in 5 gezeigt ist. Zwar kann das in 5 gezeigte System nicht mehr mit beiden blockierten, das heißt fehlerbedingt feststehenden Aktuatoren 31 und 32 umgehen, jedoch den Fall der fehlerbedingt freilaufenden Aktuatoren 31, 32 auffangen, da der bewegliche Teil 20 in der in 5 gezeigten Anordnung dann durch die Aktuatoraufnahmen 23, 24, 25, 26 eindeutig gestützt wird. Auf diese Weise können beispielsweise die Verriegelungsvorrichtungen entbehrlich werden und optional beispielweise nur Freigabevorrichtungen 81, 82 vorgesehen werden, um den kritischen Fall der fehlerbedingt feststehenden Aktuatoren 31, 32 zu überführen in einen Fall, in dem die fehlerbedingt feststehenden Aktuatoren 31, 32 in freilaufende Aktuatoren umgewandelt werden. Im Grunde genommen wäre es sogar denkbar, nur einen dieser beiden Aktuatoren mit einer Freigabevorrichtung zu versehen, da der dann auftretende Fall wiederum durch die Freigabe des rotatorischen Freiheitsgrades 52 kompensiert werden könnte, so wie mit Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde. Es sei angemerkt, dass die Verriegelungs- und Freigabevorrichtungen in der 5 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt sind.However, the static certainty of a hexapod system can also be restored by the suspension points or mounting points 21 to 26 the actuators 31 to 36 are not collapsed in pairs and are spaced apart within a mounting area, as in 5 is shown. Although this can be done in 5 shown system no longer with both blocked, ie due to fixed fixed actuators 31 and 32 bypass, but the case of error-free freewheeling actuators 31 . 32 catch, because the moving part 20 in the in 5 then shown arrangement by the Aktuatoraufnahmen 23 . 24 . 25 . 26 clearly supported. In this way, for example, the locking devices can be dispensed with and optionally, for example, only release devices 81 . 82 be provided to the critical case of error-based fixed actuators 31 . 32 to convert into a case in which the error-fixed fixed actuators 31 . 32 be converted into free-running actuators. Basically, it would even be conceivable to provide only one of these two actuators with a release device, since the case then occurring in turn by the release of the rotational degree of freedom 52 could be compensated, as with reference to 3 has been described. It should be noted that the locking and release devices in the 5 are not shown for clarity.

6 zeigt zwei beispielhafte Ausgestaltungen einer Ausführungsform mit vier Aktuatoren. Im Wesentlichen sind die vorangehend beschriebenen Bezugsziffern verwendet, ebenso wie in den 7 und 8. 6 shows two exemplary embodiments of an embodiment with four actuators. Essentially, the reference numerals described above are used, as well as in FIGS 7 and 8th ,

Die 6, 7 und 8 zeigen die dreidimensionale Anordnung der Aktuatoren entsprechend der vorhergehenden Figuren von oben/unten in Blickrichtung entlang der Drehachse 41. Zur Veranschaulichung sind die Aktuatoraufnahmen 21 bis 26 und 11 bis 16 beispielhaft auf zwei konzentrischen Kreisen angeordnet, wobei die Kreise oben und unten unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Selbstverständlich können die Kreise auch andere Durchmesser aufweisen, insbesondere einen gleichen Durchmesser. Die die Kreise können auch nicht konzentrisch sein. Selbstverständlich können die Aktuatoraufnahmen insbesondere auf dem Basisteil 10 am Rumpf beliebig im Raum angeordnet sein, insbesondere asymmetrisch bezüglich der Drehachse 41 und auf unterschiedlicher Höhe entlang der Drehachse 41. Bei einer beispielhaften Ausgestaltung der geometrischen Anordnung der Aktuatoren können die mechanischen Belastungen von den Blättern, die insbesondere im Vorwärtsflug ungleichmässig über den Azimutwinkel verteilt sein können, optimal auf die Aktuatoren verteilt werden. Bei der geometrischen Anordnung der Aktuatoren ist auf ausreichende Freigängigkeit bei notwendigen vollen Verfahrwegen der Aktuatoren bei Normalbetrieb und in Fehlerfällen zu achten.The 6 . 7 and 8th show the three-dimensional arrangement of the actuators according to the preceding figures from above / below in the direction of view along the axis of rotation 41 , To illustrate, the actuator shots 21 to 26 and 11 to 16 arranged as an example on two concentric circles, wherein the circles at the top and bottom have different diameters. Of course, the circles may also have other diameters, in particular a same diameter. The circles can not be concentric either. Of course, the Aktuatoraufnahmen in particular on the base part 10 at the Hull be arranged arbitrarily in space, in particular asymmetrically with respect to the axis of rotation 41 and at different heights along the axis of rotation 41 , In an exemplary embodiment of the geometric arrangement of the actuators, the mechanical loads on the blades, which can be distributed unevenly over the azimuth angle in particular in the forward flight, can be distributed optimally to the actuators. In the case of the geometric arrangement of the actuators, attention must be paid to sufficient clearance when necessary for full travel distances of the actuators during normal operation and in the event of faults.

In der oben in 6 gezeigten Ausführungsformen sind die Aktuatoren in einer Ebene mit der Rotationsachse 41 angebracht, beispielsweise mit einer bezüglich der Rotationsachse 41 parallelen und gegebenenfalls radialen Komponente, was insbesondere bei einem bezüglich des Freiheitsgrades 52 um die Rotationsachse 41 festgebremsten beweglichen Teil 20 erlaubt, einen fehlerbedingt freilaufenden Aktuator durch die verbleibenden Aktuatoren zu kompensieren, ohne die statische Bestimmtheit des Systems zu verlieren. Es sei angemerkt, dass in jeder der bezüglich der gesamten Erfindung beschriebenen Anordnungen eine statische bzw. mechanische Überbestimmtheit durch eine entsprechende synchronisierte Ansteuerung der Aktuatoren kompensiert werden kann.In the above in 6 The embodiments shown are the actuators in a plane with the axis of rotation 41 attached, for example with respect to the axis of rotation 41 parallel and optionally radial component, which in particular with respect to the degree of freedom 52 around the axis of rotation 41 stalled moving part 20 allows to compensate for an error free running actuator by the remaining actuators without losing the static certainty of the system. It should be noted that in each of the arrangements described with respect to the entire invention, a static or mechanical over-determination can be compensated by a corresponding synchronized activation of the actuators.

Die oben in 6 gezeigte Anordnung erlaubt es bei einem um die Rotationsachse 41 festgebremsten beweglichen Teil 20 einen freilaufenden Aktuator zu kompensieren, erlaubt es jedoch nicht, einen fehlerbedingt feststehenden Aktuator zu kompensieren, da der translatorische Freiheitsgrad bezüglich der Rotationsachse 41 verloren geht. Es sei angemerkt, dass die hier nicht näher bezeichneten Kippachsen nicht zwingend auf einer Linie mit den Aktuatoren liegen müssen, sondern ebenso in beliebigen Zwischenpositionen angeordnet sein können, was sich insbesondere durch die Ansteuerung der Aktuatoren ergibt.The top in 6 The arrangement shown allows for a rotation axis around 41 stalled moving part 20 However, to compensate for a free-running actuator, it does not allow to compensate for an error-fixed actuator, since the translational degree of freedom with respect to the axis of rotation 41 get lost. It should be noted that the unspecified tilting axes need not necessarily be in line with the actuators, but may also be arranged in any intermediate positions, which results in particular by the actuation of the actuators.

Die unten in 6 gezeigte Anordnung zeigt schräg stehende Aktuatoren 31 bis 34, die es erlauben, bei einem zusätzlichen rotatorischen Freiheitsgrad um die Rotationsachse 41 einen fehlerfallbedingt feststehenden Aktuator zu kompensieren, so wie es mit Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde. Somit erlaubt es eine mit vier Aktuatoren ausgestaltete Betätigungsvorrichtung, auch Tetrapod genannt, entweder konstruktionsbedingt einen fehlerhaft freilaufenden oder einen fehlerhaft feststehenden Aktuator zu kompensieren. Die Kompensierbarkeit eines beliebigen Fehlerfalls, das heißt willkürlich eines freilaufenden bzw. feststehenden Aktuators kann lediglich dadurch erreicht werden, dass entweder eine Sperrung bzw. Freigabe des rotatorischen Freiheitsgrades bezüglich der Rotationsachse erfolgt oder eine entsprechende Umwandlung eines feststehenden in einen freilaufenden bzw. eines freilaufenden in einen feststehenden Aktuator erfolgt, beispielsweise mittels der in 6 nicht gezeigten Freigabevorrichtung 81 bis 84 bzw. Regelungsvorrichtung 91 bis 94.The below in 6 shown arrangement shows oblique actuators 31 to 34 which allow, with an additional rotational degree of freedom about the axis of rotation 41 to compensate for a fault-fixed actuator, as with reference to 3 has been described. Thus, it allows an actuator configured with four actuators, also called Tetrapod, either to compensate for an incorrect design freewheeling or erroneously fixed actuator. The Kompensierbarkeit any fault case, that is arbitrarily a free-running or fixed actuator can only be achieved by either a blocking or release of the rotational degree of freedom with respect to the axis of rotation or a corresponding conversion of a fixed in a free-running or a free-running in one fixed actuator takes place, for example by means of in 6 Not shown release device 81 to 84 or control device 91 to 94 ,

7 zeigt eine ähnliche Anordnung analog der mit Bezugnahme auf 6 beschriebenen Anordnung, jedoch mit fünf Aktuatoren, einen so genannten Pentapod. Die oben in 7 gezeigte Anordnung mit Aktuatoren mit einer bezüglich der Rotationsachse 41 parallelen und gegebenenfalls radialen Komponente weist im Regelfall einen um die Rotationsachse 41 festgebremsten beweglichen Teil 20 auf. Die oben in 7 gezeigte Anordnung ist in der Lage, beispielsweise fehlerbedingt zwei freilaufende Aktuatoren zu kompensieren. Wenn jedoch einer der Aktuatoren fehlerbedingt zum feststehenden Aktuator wird, geht der translatorische Freiheitsgrad bezüglich der Rotationsachse 41 verloren. Dies kann beispielsweise in den meisten Fällen dadurch behoben werden, dass die Festbremsung des beweglichen Teils 20 bezüglich der Rotationsachse 41 aufgehoben wird, so dass eine Kompensierung erfolgen kann, so wie sie mit Bezugnahme auf 3 bereits beschrieben wurde. Einschränkungen können allenfalls dann auftreten, wenn der Aktuator z. B. in voll eingefahrenem Zustand klemmen bleibt und die Taumelscheibe nicht mehr ausgefahren werden kann, sodass es eine ungewollte kinematische Beschränkungen bei der Anordnung der Aktuatoren mit einer bezüglich der Rotationsachse 41 parallelen und gegebenenfalls radialen Komponente gibt. Durch eine entsprechende Freigabe bzw. Verriegelung der Aktuatoren kann in der unten in 7 gezeigten Anordnung eine Kompensierung von zwei fehlerbedingt ausfallenden Aktuatoren kompensiert werden. 7 shows a similar arrangement analogous to that with reference to 6 described arrangement, but with five actuators, a so-called pentapod. The top in 7 shown arrangement with actuators with respect to the axis of rotation 41 parallel and optionally radial component generally has one about the axis of rotation 41 stalled moving part 20 on. The top in 7 shown arrangement is able to compensate, for example due to error, two free-running actuators. However, if one of the actuators becomes a fixed actuator due to the error, the degree of translational freedom with respect to the rotation axis 41 lost. This can be remedied, for example, in most cases, that the stalling of the moving part 20 with respect to the axis of rotation 41 is canceled, so that a compensation can be made, as with reference to 3 already described. Restrictions can only occur if the actuator z. B. clamped in the fully retracted state and the swash plate can not be extended, so there is an unwanted kinematic restrictions in the arrangement of the actuators with respect to the axis of rotation 41 parallel and optionally radial component. By a corresponding release or locking of the actuators can in the below in 7 shown compensation of a compensation of two failing failing actuators can be compensated.

8 zeigt analog der Aufsichten von 6 und 7 zwei Ausgestaltungen einer Betätigungsvorrichtung mit sechs Aktuatoren, auch Hexapod genannt. Dabei entspricht die in 8 oben gezeigte Anordnung der in 4 gezeigten perspektivischen Darstellung, während die in 8 unten gezeigte Anordnung der in 5 gezeigten perspektivischen Darstellung entspricht. Im Wesentlichen wird hiermit somit auch auf die Beschreibung der 4 bzw. der 5 verwiesen, die beispielhafte Fehlerfälle erläutern. Im Vergleich zu der in 8 oben gezeigten Anordnung weist die in 8 unten gezeigte Anordnung beabstandete Aktuatoraufnahmepunkte auf, die um entsprechende Anstände 64, 65 voneinander beabstandet sind. An dieser Stelle sei angemerkt, dass eine derartige Hexapodenanordnung aufgrund der Anzahl von Aktuatoren und der entsprechenden Anordnung theoretisch keine weitere Fixierung bezüglich des Helikopterrahmens benötigt, da eine derartige Hexapodenanordnung bezüglich aller drei translatorischen bzw. drei rotatorischen Freiheitsgrade eindeutig bestimmt ist. Die Aktuatoraufnahmen können dabei auch Kugelgelenke sein. Dies trifft jedoch nur für den Fall zu, in dem kein Fehlerfall eines Aktuators vorliegt. 8th shows analogous to the supervision of 6 and 7 two embodiments of an actuator with six actuators, also called Hexapod. The corresponding in 8th shown above arrangement of in 4 shown perspective view, while the in 8th shown below arrangement of 5 corresponds shown perspective view. In essence, this is thus also on the description of the 4 or the 5 refer to explain the exemplary error cases. Compared to the in 8th The arrangement shown above has the in 8th The arrangement shown below has spaced actuator receiving points that correspond to corresponding devices 64 . 65 spaced apart from each other. At this point it should be noted that due to the number of actuators and the corresponding arrangement, such a hexapod arrangement theoretically requires no further fixation with respect to the helicopter frame, since such a hexapod arrangement is uniquely determined with regard to all three translatory or three rotational degrees of freedom. The Aktuatoraufnahmen can also be ball joints. However, this only applies in the case in which there is no error case of an actuator.

9 zeigt eine schematische Anordnung einer Erfassungsvorrichtung 70 bis 76, Freigabevorrichtung 80 bis 86 und Verriegelungsvorrichtung 90 bis 96. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass nicht zwingend immer sechs Sensoren 71 bis 76, Freigabevorrichtungen bzw. Verriegelungsvorrichtungen vorgesehen sein müssen, sondern dass entsprechend den Anforderungen auch eine geringere oder aber auch höhere Anzahl von Erfassungsvorrichtungen, Freigabevorrichtungen und Verriegelungsvorrichtungen vorgesehen sein können. Die Erfassungsvorrichtungen in Form von bereits zuvor beschriebenen Sensoren verschiedener Ausgestaltungen können durch eine Erfassungsvorrichtung ausgewertet werden und an eine zentrale Steuerung 100 weitergegeben werden. In der zentralen Steuerung bzw. Regelung kann durch eine intelligente Fehlerauswertung und Systemanalyse festgestellt werden, welcher Aktuator in welcher Art und Weise beeinträchtigt ist, um auf diese Weise eine Freigabesteuerungsvorrichtung 80 bzw. eine Verriegelungssteuerungsvorrichtung 90 anzuweisen, entsprechende Aktuatoren mittels der Freigabevorrichtungen 81 bis 86 freizugeben bzw. mittels der Verriegelungsvorrichtungen 91 bis 96 zu verriegeln. Die Freigabevorrichtungen bzw. die Verriegelungsvorrichtungen können dabei sowohl logisch parallel als auch logisch seriell am Aktuator vorgesehen sein, so dass beispielsweise ein einmal irreversibel blockierter Aktuator durch eine seriell vorgesehene Freigabevorrichtung an anderer Stelle freigegeben werden kann bzw. bei einer parallelen Anordnung ein einmal freigegebener Aktuator durch eine Verriegelungsvorrichtung mechanisch parallel wieder verriegelt werden kann. Es sei Angemerkt, dass die Freigabesteuerung und die Verriegelungssteuerung keiner körperlichen Ausgestaltung bedürfen, sondern auch computerimplementiert sein können, ebenso wie die zentrale Erfassungsvorrichtung. 9 shows a schematic arrangement of a detection device 70 to 76 , Release device 80 to 86 and locking device 90 to 96 , It should be noted at this point that not necessarily always six sensors 71 to 76 , Release devices or locking devices must be provided, but that according to the requirements, a smaller or even higher number of detection devices, release devices and locking devices can be provided. The detection devices in the form of previously described sensors of various configurations can be evaluated by a detection device and to a central controller 100 be passed on. In the central control or regulation can be determined by an intelligent error evaluation and system analysis, which actuator is affected in what manner, in order to a release control device 80 or a lock control device 90 to instruct appropriate actuators by means of the release devices 81 to 86 to release or by means of the locking devices 91 to 96 to lock. The release devices or the locking devices can be provided both logically in parallel and logically serially on the actuator, so that for example a once irreversibly blocked actuator can be released by a serially provided release device elsewhere or in a parallel arrangement a once released actuator by a locking device can be mechanically locked again in parallel. It should be noted that the release control and the lock control require no physical design, but may also be computer-implemented, as well as the central detection device.

10 zeigt eine Gesamtansicht eines Helikopters in schematischer Art und Weise, anhand derer verdeutlicht wird, an welcher Stelle eine erfindungsgemäße Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung an einem Helikopter angeordnet ist. Dabei ist der Basisteil 10 der Betätigungsvorrichtung beispielsweise fest mit dem Rumpf 4 des Helikopters 2 verbunden, während der bewegliche Teil 20 mit der Taumelscheibe 5 verbunden ist. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Anstellungsmimik der Rotorblätter aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist. 10 shows an overall view of a helicopter in a schematic manner, by means of which it is illustrated, at which point a swash plate actuating device according to the invention is arranged on a helicopter. Here is the base part 10 the actuator, for example, fixed to the fuselage 4 the helicopter 2 connected while the moving part 20 with the swash plate 5 connected is. At this point it should be noted that the employment mimic of the rotor blades is not shown for reasons of clarity.

11 zeigt einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem in einem Schritt S10 ein Erfassen von Parametern einer Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung erfolgt, wobei im Schritt S20 auf der Grundlage der erfassten Parameter ein Bestimmtheitszustand der Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung ermittelt wird. In einem Schritt S30 wird dann der ermittelte Bestimmtheitszustand der Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung mit einem Sollbestimmtheitszustand verglichen und in einem Schritt S40 der Bestimmtheitszustand der Taumelscheibenbetätigungsvorrichtung an einen Sollbestimmtheitszustand angepasst. Die ermittelten Parameter können dabei die durch die Sensoren 71 bis 76 erfassten Parameter sein. Im Rahmen des Anpassens S40 kann dabei beispielsweise ein Freigeben S41 von Aktuatoren, ein Verriegeln S42 von Aktuatoren erfolgen, ebenso wie ein Festbremsen S43 oder ein Freigeben S44 des beweglichen Teils 20 in Bezug auf den Basisteil 10 in Bezug auf einen rotatorischen Freiheitsgrad 52 um die Rotationsachse 41. 11 shows a schematic flow of a method according to the invention, in which takes place in a step S10, a parameters of a swash plate actuator, wherein in step S20 on the basis of the detected parameters, a determination state of the swash plate actuating device is determined. Then, in a step S30, the determined determination state of the swash plate operating device is compared with a target determination state, and in a step S40, the determination state of the swash plate operation device is adjusted to a target determination state. The determined parameters can be determined by the sensors 71 to 76 be recorded parameters. In the context of the fitting S40, it is possible, for example, to release actuators S41, to lock actuators S42, as well as to hard braking S43 or to release S44 of the movable part 20 in relation to the base part 10 in terms of a rotational degree of freedom 52 around the axis of rotation 41 ,

Claims

A swash plate actuating device for a helicopter, comprising: a base part ( 10 ), a moving part ( 20 ), an actuator assembly ( 30 ), wherein the base part with a fuselage ( 4 ) of a helicopter ( 2 ) is connectable, wherein the movable part with a about a rotation axis ( 41 ) rotatable swash plate ( 5 ) of a helicopter is connectable, wherein the movable part and the base part are mechanically movably coupled to each other by the actuator assembly, wherein the movable part with respect to the base part at least a first degree of freedom ( 51 ), a second degree of freedom ( 54 ) and a third degree of freedom ( 56 ), wherein the first degree of freedom is a translational degree of freedom in the direction of the axis of rotation, wherein the second degree of freedom is a rotational degree of freedom about a first tilt axis ( 43 ) is transverse to the axis of rotation, wherein the third degree of freedom a rotational degree of freedom about a second tilt axis ( 45 ) is transverse to the first tilt axis and transverse to the axis of rotation, wherein the actuator assembly at least four electromechanical actuators ( 31 . 32 . 33 . 34 ), wherein the position of the actuators is arranged so that at least one actuator may have a static error without loss of the first, second and third degrees of freedom, wherein the movable part ( 20 ) with respect to the base part ( 10 ) a rotational degree of freedom ( 52 ) around the axis of rotation ( 41 ), so that a static error of an actuator ( 31 . 32 . 33 . 34 ) in the form of a fixed actuator by the remaining actuators is compensated.

A wobble plate actuating device according to claim 1, wherein the actuator arrangement ( 30 ) at least five actuators ( 31 . 32 . 33 . 34 . 35 ) having.

The swash plate actuating device according to one of claims 1 and 2, wherein the actuator arrangement has six actuators ( 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ) having.

A swash plate actuating device according to one of claims 1 to 3, further comprising a detection device ( 70 . 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 ) for detecting a static fault condition of an actuator ( 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 ).

A swash plate actuating device according to one of claims 1 to 4, further comprising a release device ( 80 . 81 . 82 . 83 . 84 . 85 . 86 ) for releasing a fixed actuator for conversion to a free-running actuator upon detection of a static fault condition of the fixed actuator.

A swash plate actuating device according to one of claims 1 to 5, further comprising a locking device ( 90 . 91 . 92 . 93 . 94 . 95 . 96 ) for locking a free-running actuator for conversion into a fixed actuator upon detection of a static fault condition of the free-running actuator.

Helicopter with a swashplate actuator ( 1 ) according to one of claims 1 to 6.

A method of actuating a swashplate for a helicopter comprising: Detecting (S10) parameters of a swash plate actuator comprising a base member, a movable member and an actuator assembly, the base member being connectable to a body of a helicopter, the movable member being connectable to a swash plate of a helicopter rotatable about an axis of rotation, the movable member and the base part are mechanically movably coupled to one another by the actuator arrangement, wherein the movable part has at least a first degree of freedom, a second degree of freedom and a third degree of freedom with respect to the base part, wherein the first degree of freedom is a translational degree of freedom in the direction of the axis of rotation second degree of freedom is a rotational degree of freedom about a first tilting axis transverse to the axis of rotation, wherein the third degree of freedom is a rotational degree of freedom about a second tilting axis transverse to the first tilting axis and transverse to the axis of rotation, the Aktu Atoranordnung has at least four electromechanical actuators, wherein the actuators are controlled in accordance with the number and type of degrees of freedom, Determining (S20) a determination state of the swash plate actuator based on the detection of the parameters, Comparing (S30) the determined determination state of the swash plate actuating device with a target determination state, Adjusting (S40) the determination state of the swash plate actuator to a target determination state.

The method of claim 8, wherein the determined parameters are parameters from a group consisting of the parameters forces, movements, temperatures, electrical voltages and electrical currents, each by means of force sensors, motion sensors, temperature sensors, electric voltmeters or electrical ammeters ( 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 ) can be determined.

Method according to one of claims 8 and 9, wherein the determined parameters are static error states of an actuator.

The method of any one of claims 8 to 10, wherein the adjusting comprises enabling (S41) a fixed actuator for conversion to a free-running actuator.

A method according to any one of claims 8 to 11, wherein the adjusting comprises locking (S42) a free-running actuator for conversion to a fixed actuator.

A method according to any one of claims 8 to 12, wherein said fitting is a hard braking (S43) or releasing (S44) of said movable part with respect to said base part with respect to a rotational degree of freedom ( 52 ) around the axis of rotation, so that a static error of an actuator is compensated by a suitable coordinated movement of the remaining actuators.