DE102010044678A1

DE102010044678A1 - Überwachungsvorrichtung für ein Stellsystem eines Flugzeugs, Stellsystem und Verfahren zur Rekonfiguration des Stellsystems

Info

Publication number: DE102010044678A1
Application number: DE102010044678A
Authority: DE
Inventors: Martin Recksiek; Mark Heintjes; Christoph Winkelmann
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2012-03-08
Also published as: CN103328332B; CN103328332A; WO2012031759A3; EP2625103B1; EP2625103A2; WO2012031759A2

Abstract

nes Flugzeugs, aufweisend eine Funktion zur Überwachung einer Führungsvorrichtung (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) einer Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) mit einem Lastsensor (S1; S2), die Überwachungsvorrichtung (5) aufweisend eine Schnittstelle zu dem Lastsensor (S1; S2) und eine Schnittstelle zu einer Antriebsvorrichtung (P; PA1, PA2, PB1, PB2) zur Verstellung der Stellklappe, – dass die Überwachungsvorrichtung (5) derart ausgeführt ist, dass diese während des Flugeinsatzes die Information feststellt oder empfängt, dass ein vorbestimmter Flugzustand und/oder ein vorbestimmter Betriebszustand des Flugzeugs vorliegt, – dass die Überwachungsvorrichtung (5) aufweist: eine Vergleichsfunktion zur Durchführung eines Vergleichs zwischen einem Wert für eine Belastung entsprechend eines von dem Last-Sensor erfassten Sensorwertes und einem einer für den vorbestimmten Flugzustand und/oder den vorbestimmten Betriebszustand des Flugzeugs minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwert und eine Überwachungsfunktion, – dass die Überwachungsfunktion derart ausgeführt ist, dass die Überwachungsfunktion bei Feststellung des Vorliegens des vorbestimmten Flugzustands und/oder des vorbestimmten Betriebszustands des Flugzeugs aufgrund einer aus dem Vergleich resultierenden Feststellung einer Unterschreitung dieses minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwertes der Stellklappe einen Fehlerzustand zuordnet, Stellsystem mit einer solchen Überwachungsvorrichtung (5) sowie Verfahren zur Rekonfiguration eines solchen Stellsystems.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für ein Stellsystem eines Flugzeugs, Stellsystem insbesondere für ein fehlertolerantes Flugzeug-Stellklappensystem und ein Verfahren zur Rekonfiguration des Stellsystems.
Das Stellsystem weist zumindest eine verstellbare Stellklappe an jedem Tragflügel auf, wobei die Stellklappe generell eine verstellbare aerodynamische Klappe eines Flugzeugs ist und insbesondere eine Hochauftriebsklappe sein kann. Das Stellsystem kann insbesondere ein Hochauftriebssystem eines Flugzeugs sein.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Landeklappensysteme mit einem zentralen Antrieb und einen zentralen Torsionswellenstrang bekannt, durch den Verstellvorrichtungen zur Verstellung einer Klappe betätigt werden. Der Wellenstrang überträgt die mechanische Antriebsleitung von einem zentralen Antriebsmotor zu den Aktuatoren, welche die Klappen bewegen. Im Falle z. B. eines Klemmens der Verstellvorrichtungen ist zu verhindern, dass die Antriebsleitung weiter auf die Stellklappe übertragen wird. Zur Erkennung eines solchen Falles ist die Verwendung eines Lastsensors bekannt.
Für die Erkennung von weiteren Fehlerarten und insbesondere einer an einer Führungsvorrichtung auftretenden Lastpfad-Unterberechung werden weitere Sensoren und insbesondere Positionssensoren an der Stellklappe verwendet. Allerdings hängt die Güte der Erkennung solcher Fehler weitgehend von der Auslegung der Stellkinematik der Stellklappe und der Steifigkeit des Stellsystems und insbesondere der Stellklappe ab.
In der US P 195 209 ist ein Lastsensor für Antriebe von Hochauftriebssystemen offenbart, mit dem die Last am Ausgang eines Aktuators gemessen, eine Überlast erkannt und daraufhin das Antriebssystem passiviert wird.
Die DE 33 08 301 B3 offenbart ein Hochauftriebssystem mit einem Antriebssystem, Elementen zum Übertragen der Antriebsenergie über die gesamte Spannweite an Antriebsstationen einzelner Segmente von Landeklappen-/Vorflügelklappensystemen und mit einer Überlastsicherung aus elektrischen Lastsensoren, die an den Einleitpunkten der Antriebsenergie vom jeweiligen Getriebe an den Klappenkörper, also am Übergabepunkt der Antriebsenergie am Ausgangshebel des Getriebes angeordnet sind.
Die EP 1 604 896 A1 beschreibt eine Überlastsicherung für ein Hochauftriebssystem.
Die Dokumente EP 1 524 188 A2 und WO 2005/024273 A1 beschreiben eine Vorrichtung zur Erkennung einer Aktuator-Blockade durch Ermittlung einer Überlast.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Überwachungsvorrichtung für ein Stellsystem eines Flugzeugs oder ein solches Stellsystem eines Flugzeugs sowie ein Verfahren zur Rekonfiguration des Stellsystems bereitzustellen, mit dem eine Rekonfiguration bei kritischen Fehlerfällen des Stellsystems mit einfachen Mitteln möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diese rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Überwachungsvorrichtung für ein Stellsystem eines Flugzeugs vorgesehen, aufweisend eine Funktion zur Überwachung einer Führungsvorrichtung einer Stellklappe mit einem Lastsensor. Die Überwachungsvorrichtung kann insbesondere auch eine Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung sein. Die Überwachungsvorrichtung weist auf: eine Schnittstelle zu dem Lastsensor und eine Schnittstelle zu einer Antriebsvorrichtung zur Verstellung der Stellklappe. Die Überwachungsvorrichtung ist erfindungsgemäß derart ausgeführt, dass diese während des Flugeinsatzes die Information feststellt oder empfängt, dass ein vorbestimmter Flugzustand und/oder ein vorbestimmter Betriebszustand des Flugzeugs vorliegt bzw. vorliegen. Weiterhin weist die Überwachungsvorrichtung insbesondere auf: eine Vergleichsfunktion zur Durchführung eines Vergleichs zwischen einem Wert für eine Belastung entsprechend eines von dem Last-Sensor erfassten Sensorwertes und einem einer für den vorbestimmten Flugzustand und/oder den vorbestimmten Betriebszustand des Flugzeugs minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwert und eine Überwachungsfunktion. Die Überwachungsfunktion ist insbesondere derart ausgeführt, dass die Überwachungsfunktion bei Feststellung des Vorliegens des vorbestimmten Flugzustands und/oder des vorbestimmten Betriebszustands des Flugzeugs aufgrund einer aus dem Vergleich resultierenden Feststellung einer Unterschreitung dieses minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwertes der Stellklappe einen Fehlerzustand zuordnet.
Die Überwachungsvorrichtung oder die Überwachungsfunktion kann weiterhin derart ausgeführt sein, dass der vorbestimmte Flugzustand und/oder Betriebszustand des Flugzeugs als gegeben bewertet wird, wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

– die Überwachungsfunktion stellt während des Flugeinsatzes fest oder empfängt die Information, dass die Stellklappe in eine von mehreren anwählbaren Stellungen für die Zuordnung des Fehlerzustands speziell vorbestimmte Stellung bewegt wird und/oder bewegt worden ist und/oder
– zumindest eine vorbestimmte Zeit nach dem Erzeugen eines Stellkommandos an die Antriebsvorrichtung zum Bewegen der Stellklappe in eine von mehreren anwählbaren Stellungen für die Zuordnung des Fehlerzustands speziell vorbestimmte Stellung und/oder
– die Überwachungsfunktion stellt während des Flugeinsatzes fest oder empfängt die Information, dass ein vorbestimmter aerodynamischer Anstellwinkel oder Beladungszustand oder Fluggewicht vorliegt.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Feststellung, dass die Stellklappe in eine speziell vorbestimmte Stellung aus einer Auswahl von möglichen Stellungen bewegt wird und/oder bewegt worden ist, von der Überwachungsfunktion oder einer anderen Flugzeug-Systemfunktion wie z. B. einer Steuerungsfunktion aus den Werten von Positionssensoren oder Näherungssensoren ermittelt werden.
Bei der alternativen Bedingung, bei der der Vergleich zwischen einem Wert für eine Belastung entsprechend eines von dem Last-Sensor erfassten Sensorwertes und einem einer minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwert eine vorbestimmte Zeit nach dem Erzeugen eines Stellkommandos an die Antriebsvorrichtung zum Bewegen der Stellklappe erfolgt, kann diese Zeit derart eingestellt sein, dass die Erfassung des Lastwertes mittels des Lastsensors vor Erreichen der speziell vorbestimmten Stellung, also noch während des Bewegens der Stellklappe in die speziell vorbestimmte Stellung erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Erfassung des Lastwertes mittels des Lastsensors nach Erreichen der speziell vorbestimmten Stellung, also nach Ausführung der Bewegung der Stellklappe in die speziell vorbestimmte Stellung erfolgt. Insbesondere durch die Erfassung eines Lastwertes während der Bewegung der Stellklappe können Reibungseffekte in gewissem Maße kompensiert werden.
Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung kann insbesondere derart ausgeführt sein, dass diese die Überwachungsfunktion während jedes Flugeinsatzes einmal ausführt.
Alternativ oder zusätzlich kann die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung insbesondere derart ausgeführt sein, dass diese die Überwachungsfunktion während der Anflugphase ausführt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Stellklappe eine Hochauftriebsklappe ist, die in der relativ weit und bei bestimmten Flugzeugtypen ganz ausgefahren ist, so dass in dieser Flugphase die größten Lasten auf die Stellklappe wirken.
Bei der alternativen Bedingung, bei der der Vergleich zwischen einem Wert für eine Belastung entsprechend eines von dem Last-Sensor erfassten Sensorwertes und einem einer minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwert dann erfolgt, wenn das Flugzeug einen vorbestimmten Flugzustand und/oder Betriebszustand einnimmt, kann vorgesehen sein, dass die Überwachungsfunktion diesen Flugzustand während des Flugeinsatzes selbst feststellt oder die Information von einer anderen Systemfunktion, die funktional mit der Überwachungsfunktion verbunden ist, festgestellt wird und von dieser empfängt.
Der Flugzustand kann insbesondere durch eine Fluggeschwindigkeit oder einen Fluggeschwindigkeitsbereich oder einen aerodynamische Anstellwinkel oder einen Anstellwinkelbereich gegeben sein. Nach einem weiter Ausführungsform der Erfindung kann das Vorliegen eines vorbestimmten Flugzustands aufgrund des Vergleichs dadurch definiert sein, dass die Flugzug-Geschwindigkeit innerhalb eines vorbestimmten Geschwindigkeitsbereichs und die Flugzeug-Höhe innerhalb eines vorbestimmten Höhenbereichs und/oder der aerodynamische Anstellwinkel innerhalb innerhalb eines vorbestimmten Anstellwinkelbereichs gelegen ist.
Der Betriebszustand des Flugzeugs ein Beladungszustand, also insbesondere das Fluggewicht oder ein Fluggewichtbereich sein.
Die vorbestimmte Flugzustand und/oder Betriebszustand kann in Verbindung mit der Feststellung des Vorliegens einer bestimmten Stellung der Stellklappe oder eines Stellbereichs der Stellklappe oder des Bewegens der Stellklappe in eine vorbestimmte Stellung definiert, d. h. vorgegeben sein.
Dabei kann die Überwachungsfunktion auch derart ausgeführt sein, dass diese auch Kombinationen einer oder mehrerer der vorgenannten oder anderer Flugzustände oder Betriebszustände des Flugzeugs verwendet, um bei einem Erfülltsein diese Zustände die Erfassung der Lastwerte vorzunehmen und einem einer minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwert durchzuführen.
Nach der Erfindung wird eine Überwachungs- und Fehlererkennungsfunktion dann aktiviert, wenn relativ große Luftlasten an der Stellklappe auftreten, so dass ein Grenzwert für einen Lastwert definiert werden kann, dessen Unterschreiten zuverlässig als Erekennung eines Fehlers in einer Führungsvorrichtung einer Stellklappe gewertet werden kann. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäß vorgesehene Messung genau in einem betreffenden Flugzustand oder Flugphase vorgenommen wird. Die Flugphase kann insbesondere die Anflugphase vor dem Endanflug oder die Endanflugphase sein.
Dabei kann eine Steuerungs- und/oder Überwachungsvorrichtung zur Durchführung der Fehlererkennung derart ausgeführt sein, dass diese die Fehlererkennungsfunktion während eines Flugeinsatzes und insbesondere während jedes Flugeinsatzes aktiviert.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass in analoger Weise die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung die Fehlererkennungsfunktion bei einem Erzeugen eines Stellkommandos zum Bewegen der Stellklappe oder bei Feststellung des Vorliegens eines vorbestimmten Flugzustands vornimmt.
Die Überwachungsvorrichtung kann auch derart ausgeführt sein, dass die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung die Feststellung des Vorliegens eines vorbestimmten Flugzustands durch einen Vergleich von vorgegebenen Flugzustandsdaten mit erfassten Flugzustandsdaten ermittelt.
Bei der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung kann auch vorgesehen sein, dass der einer minimalen Betriebslast entsprechende Grenzwert den Wert einer während desselben Flugeinsatzes mittels des zumindest einen Last-Sensors ermittelten Last im Reiseflug an der Stelle des Last-Sensors hat.
Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerungs- und/oder Überwachungsvorrichtung derart ausgeführt ist, dass diese bei Zuordnung eines Fehlerzustands an eine Stellklappe diese Stellklappe während desselben Flugeinsatzes nicht mehr ansteuert. Nach der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und/oder Überwachungsvorrichtung bei Zuordnung eines Fehlerzustands an eine Führungsvorrichtung ein Soll-Kommando an die der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung zugeordneten Führungsvorrichtungen sendet, die der Einstellung einer Position der Führungsvorrichtung entspricht, die von einem Positionssensor zur Erfassung der Stellposition der Stellklappe als Ist-Position ermittelt wurde. In diesem Fall wird also die Position des Aktuators eingefroren.
Erfindungsgemäß ist insbesondere ein Stellsystem eines Flugzeugs vorgesehen, aufweisend eine Führungsvorrichtung einer Stellklappe mit einem Lastsensor und eine Überwachungsvorrichtung mit einer Funktion zur Überwachung der Führungsvorrichtung, wobei in der Überwachungsvorrichtung eine Schnittstelle zu dem Lastsensor und eine Schnittstelle zu einer Antriebsvorrichtung zur Verstellung der Stellklappe integriert ist,

– wobei die Überwachungsvorrichtung derart ausgeführt ist, während des Flugeinsatzes eine Information festzustellen oder zu empfangen, die aktuell einen vorbestimmten Flugzustand und/oder einen vorbestimmten Betriebszustand des Flugzeugs signalisiert,
– wobei die Überwachungsvorrichtung eine Vergleichsfunktion aufweist zur Durchführung eines Vergleichs zwischen einem Wert für eine Belastung entsprechend eines von dem Last-Sensor erfassten Sensorwertes und einem einer für den vorbestimmten Flugzustand und/oder den vorbestimmten Betriebszustand des Flugzeugs minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwert,
– wobei die Überwachungsfunktion derart ausgeführt ist, dass diese bei Feststellung des Vorliegens des vorbestimmten Flugzustands und/oder des vorbestimmten Betriebszustands des Flugzeugs aufgrund einer aus dem Vergleich resultierenden Feststellung einer Unterschreitung des minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwertes der Stellklappe einen Fehlerzustand zuordnet.

Nach einem weitern Aspekt ist eine Überwachungsvorrichtung für ein derartiges Stellsystem vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist insbesondere ein Stellsystem für ein fehlertolerantes Flugzeug-Stellklappensystem vorgesehen, aufweisend:

– Stellklappen, von denen zumindest eine an jeweils einem der Tragflügel des Flugzeugs verstellbar angeordnet ist,
– zumindest eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen der Stellklappen, und
– zumindest zwei an jeder Stellklappe angekoppelte und in Spannweiten-Richtung der Stellklappe voneinander beabstandete Führungsvorrichtungen zur Verstellung der Stellklappe, wobei jede Führungsvorrichtung aufweist: einen Aktuator, einen Übertragungsmechanismus zur Übertragung der Leistung der jeweils zugeordneten Antriebsvorrichtung und einen Stell-Mechanismus zur kinematischen Kopplung des Aktuators an die Stellklappe,
– eine zum Verstellen der Führungsvorrichtungen mit der zumindest einen Antriebsvorrichtung in Funktionsverbindung stehende, als zentral oder dezentral im Flugzeug angeordnete Überwachungsvorrichtung nach der Erfindung.

Zumindest eine der Führungsvorrichtungen einer Klappe kann aufweisen: einen Last-Sensor zur Erfassung der in der jeweiligen Führungsvorrichtung auftretenden Last, die funktional mit der Überwachungsvorrichtung zum Empfang der von den Last-Sensoren ermittelten Sensorwerte verbunden ist. Die Überwachungsvorrichtung ist insbesondere nach einer der erfindungsgemäßen Ausführungsformen ausgeführt sein.
Dabei kann die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung insbesondere derart ausgeführt ist, dass diese bei Zuordnung eines Fehlerzustands an eine Stellklappe diese Stellklappe während desselben Flugeinsatzes nicht mehr ansteuert.
Weiterhin kann insbesondere der Grenzwert, der einer minimalen Betriebslast entspricht, auf einen Wert festgelegt sein, der geringer ist als 70% der für den Flugbetrieb zulässigen Maximallast an der Stelle des Last-Sensors hat. Dieser Bereich kann auch zwischen 10% und 70% gelegen sein.
Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung kann auch als Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung und derart ausgeführt sein, dass diese bei Zuordnung eines Fehlerzustands an eine Stellklappe diese Stellklappe während desselben Flugeinsatzes nicht mehr ansteuert.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Überwachungsvorrichtung derart ausgeführt, dass die Vergleichsfunktion sowohl einen Vergleich durchführt zwischen einem von dem Last-Sensor erfassten Sensorwert und einem einer minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwert als auch einen Vergleich zwischen einem von dem Last-Sensor erfassten Sensorwert und einem einer maximalen Betriebslast entsprechenden zweiten Grenzwert, und dass die Überwachungsfunktion derart ausgeführt ist, dass die Überwachungsfunktion bei Feststellung des Vorliegens des vorbestimmten Flugzustands und/oder des vorbestimmten Betriebszustands des Flugzeugs aufgrund einer aus dem Vergleich resultierenden Feststellung einer Unterschreitung des einer minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwertes oder der resultierenden Feststellung einer Überschreitung des einer maximalen Betriebslast entsprechenden Grenzwertes der Stellklappe einen Fehlerzustand zuordnet.
Dabei kann der einer minimalen Betriebs-Last entsprechende erste Grenzwert und der einer maximalen Betriebslast entsprechende Grenzwert jeweils derart festgelegt sein, dass der erste Grenzwert um mehr als die Hälfte geringer ist als der zweite Grenzwert für die maximale Betriebslast, oder dass der zweite Grenzwert um 100 bis 150% größer ist als der erste Grenzwert oder dass der erste Grenzwert ein drittel bis ein fünftel des zweiten Grenzwertes beträgt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Last-Sensor ein Sensor zur Messung der in einer Antriebsstange entlang ihrer Längsrichtung auftretenden Längskraft, die in dem Lastpfad zwischen dem Aktuator und der Stellklappe der jeweiligen Verstellvorrichtung auftritt. Insbesondere wird dabei eine dieser Längskraft analoge Größe erfasst, wie z. B. eine Dehnung oder eine Verformung der Antriebsstange.
Nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stellsystems ist vorgesehen, dass der Lastsensor aus mindestens einem Dehnmessstreifen gebildet ist, der an der Antriebsstange angebracht ist. Dabei kann der zumindest eine Dehnmessstreifen auf der Außenseite der Antriebsstange angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebsstange zumindest abschnittsweise als Hohlkörper unter Ausbildung eines Innenraums ausgebildet sein und der zumindest eine Dehnmessstreifen auf der Innenseite des Innenraums der Antriebsstange angeordnet sein. Bei diesen Ausführungsformen kann der zumindest eine Dehnmessstreifen demontierbar an der Antriebsstange angebracht sind.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsstange gebildet aus einem an dem Aktuatorhebel angelenkten ersten Antriebsstangen-Teil, einem an der Stellklappe angelenkten zweiten Antriebsstangen-Teil, die in Längsrichtung der Antriebsstange hinter dem ersten Antriebsstangen-Teil angeordnet ist, und einem Sensor, der die zwischen dem ersten und zweiten Antriebsstangen-Teil auftretende Kraft oder eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Antriebsstangen-Teil zur Ermittlung der Längskraft, die in dem Lastpfad zwischen dem Aktuator und der Stellklappe der jeweiligen Verstellvorrichtung auftritt, oder eine dieser analogen Größe erfasst.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsstange gebildet ist aus einem an dem Aktuatorhebel angelenkten ersten Antriebsstangen-Teil, einem an der Stellklappe angelenkten zweiten Antriebsstangen-Teil und einem diese koppelnden Querbolzen, wobei die Antriebsstangen-Teile unter Ausbildung eines Überlappungsbereichs einander teilweise überlappend angeordnet sind und der Querbolzen zur Herstellung einer kraftübertragenden Kopplung der Antriebsstangen-Teile diese in ihrem Überlappungsbereich quer zur Längsrichtung der Antriebsstange durchragt. Dabei ist der Last-Sensor ein am Querbolzen angeordneter Sensor zur Ermittlung von auf den Bolzen wirkenden Querkräften, die aus in der Antriebsstange auftretenden Längskräften resultieren.
Die zwei Antriebsstangen-Teile können rohrförmig ausgeführt sein, die gegeneinander geführt werden.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Last-Sensor als Dehnmess-Streifen derart ausgeführt ist, dass dieser eine Dehnung auf der Oberfläche eines Querbolzen oder eines diesen aufnehmenden Gehäuses misst, die sich aufgrund der von der Verstellklappe auf den Verbindungsbolzen ausgeübten Kraft ergibt. Der Dehnmess-Streifen kann dabei derart auf einer Oberfläche der Außenseite oder Innenseite des Querbolzens oder des Gelenkgehäuses aufgebracht sein, dass dieser einen Teil des Umfangs in Bezug auf die Mittelachse des Querbolzens abdeckt, und insbesondere denjenigen Bereich, in dem erwartungsgemäß die in den Verstellpositionen des vorgegebenen Verstellbereichs der Stellklappe die größten Spannungen auftreten.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Last-Sensor aus zumindest einer Dehnmess-Vorrichtung gebildet, die auf eine Oberfläche des Querbolzens angeordnet ist. Dabei kann der Verbindungsbolzen als Hohlbolzen ausgeführt und kann die Dehnmess-Vorrichtung auf der Oberfläche der Innenbohrung, also der Innenfläche des Querbolzens angeordnet sein. die Dehnmess-Vorrichtung kann aus einem oder mehreren Dehnmess-Streifen gebildet sein, die z. B. in Vollbrücken-Anordnung angeordnet sein können. Generell kann der Last-Sensor als temperaturkompensierte Anordnung von Sensorkomponenten ausgeführt sind. Alternativ dazu kann der Lastsensor aus einer Kraftmessdose gebildet sein.
Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders vorteilhaft bei einem Stellsystem, bei dem die Antriebsstange in ihrer Länge einstellbar ist, um die Verstell-Kinematik in Bezug auf vorgegebenen Stellungen der Stellklappe, z. B. die Position der eingefahrenen Stellklappe, einstellen zu können. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Länge der Antriebsstange über ein Gewinde einstellbar ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsstange gebildet ist aus einem an dem Aktuatorhebel angelenkten ersten Antriebsstangen-Teil, einem an der Stellklappe angelenkten zweiten Antriebsstangen-Teil und einer diese koppelnden Kopplungsvorrichtung. Die Kopplungsvorrichtung kann dabei derart ausgeführt sein, dass diese eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebsstangen-Teil zulässt. Die Kopplungsvorrichtung weist einen Last-Sensor zur Ermittlung von in der Antriebsstange auftretenden Längskräften auf. Die Kopplungsvorrichtung stellt eine kraftübertragende Kopplung der Antriebsstangen-Teile her und kann insbesondere eine Vorspanneinrichtung und/oder Dämpfervorrichtung aufweisen, mit der der Last-Sensor zur Ermittlung von Längskräften integriert ist. Der Lastsensor kann dabei insbesondere aus einer Kraftmessdose gebildet sein.
Die Anordnung des Lastsensors nach der Erfindung erlaubt eine Erkennung von für das Stellsystem kritischen Fehlerfällen mit einer Zuverlässigkeit, die für ein sicherheitskritisches System erforderlich ist, wofür die Festlegung von in dieser Hinsicht ausreichend genaue Schwellwerten für den Last-Sensor erforderlich sind.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Last-Sensor zumindest einer Stellvorrichtung über eine Signalverbindungsleitung mit einer der Stellvorrichtung zugeordneten Steuerungs- und/oder Überwachungsvorrichtung zur Übermittlung der vom Last-Sensor erzeugten Sensorsignale verbunden ist, die von dem Lastsensor in die Stellklappe und von dort entlang einer der Lagervorrichtungen in den Hauptflügel und zu der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung verläuft. Diese Maßnahme kann zwar gegenüber dem Stand der Technik zu größeren Kabellängen führen, jedoch kann auf diese Weise eine Kabelführung über oder durch den Aktuator umgangen werden und auf diese Weise die Kabelführung sowohl wartungsfreundlicher als auch zuverlässiger auszuführen. Weiterhin kann durch diese Kabelführung ein besserer Schutz der Kabelleitung gegenüber atmosphärischen Einflüssen erreicht werden.
Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung kann eine Fehlererkennungsfunktion aufweisen, die derart ausgeführt ist, dass diese einer Verstellvorrichtung mit einem Lastsensor einen Fehlerzustand zuordnet, wenn diese aufgrund der von dem Last-Sensor empfangenen Sensorsignale das Unterschreiten oder auch das Überschreiten eines jeweiligen eine Betriebs-Last bezeichnenden Grenzwerts ermittelt.
Bei der Auslegung des erfindungsgemäßen Systems, also mit den Ausführungsformen der Erfindung, können mit entsprechenden Funktionen der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung u. a. folgende sicherheitskritische Fehler durch das Stellsystem nach der Erfindung in vorteilhafter Weise, d. h. zuverlässig, effizient und ohne der Notwendigkeit von Struktur-Verstärkungsmaßnahmen erkannt werden:

– eine Unterbrechung des Lastpfades in einer der Führungsvorrichtungen einer Stellklappe, wobei eine solche Unterbrechung des Lastpfades insbesondere aus einem Bruch eines kraftübertragenden Teils des Antriebsstrangs zwischen Antriebsvorrichtung und Stellklappe oder angrenzenden Strukturbauteilen resultieren kann;
– eine Unterbrechung des Lastpfades in einer der Führungsvorrichtungen einer Stellklappe in Kombination mit einer Blockade im Aktuator oder einer großen Reibung im Aktuator derselben Führungsvorrichtung.

Im erstgenannten Fehlerfall, also bei einer Unterbrechung des Lastpfades in einer der Führungsvorrichtungen einer Stellklappe ohne einer Blockade des Aktuators oder einer großen Reibung im Aktuator erhält die Stellklappe an der Stelle dieser Führungsvorrichtung eine zusätzliche Bewegbarkeit, also einen weiteren Bewegungsfreiheitsgrad gegenüber dem Hauptflügel, während das Antriebsmoment der Antriebsvorrichtung in der weiteren derselben Stellklappe zugeordneten Führungsvorrichtung weiterhin auf die Stellklappe übertragen wird. In der defekten Führungsvorrichtung wirken die im Flug auftretenden und an der Stellklappe angreifenden Luftlasten. Für den Fall, dass nur an einer Führungsvorrichtung der an einer Stellklappe angeordneten Führungsvorrichtungen ein Last-Sensor angeordnet ist, misst bei einer Unterbrechung des Lastpfades an dieser Führungsvorrichtung dieser Lastsensor, einen Lastwert, der gegenüber dem Zustand, in dem an derselben Stellklappe keine dieser zugeordnete defekte Führungsvorrichtung vorliegt, wesentlich geringer ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Stellsystem für eine Stellklappe eines Flugzeugs vorgesehen, aufweisend:

– zumindest eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen von Stellklappen,
– zumindest zwei in Spannweiten-Richtung der Stellklappe voneinander beabstandete Führungsvorrichtungen zur Verstellung der Stellklappen, wobei jede Führungsvorrichtung aufweist: einen Aktuator, einen Übertragungsmechanismus zur Übertragung der Leistung der jeweils zugeordneten Antriebsvorrichtung und einen Stell-Mechanismus zur kinematischen Kopplung des Aktuators an die Stellklappe,
– zumindest einen Last-Sensor an zumindest einer Stellklappe des Stellsystems und an zumindest einer Führungsvorrichtung,
– eine zum Verstellen der Führungsvorrichtungen mit der zumindest einen Antriebsvorrichtung in Funktionsverbindung stehende Überwachungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Der Last-Sensor kann insbesondere an zumindest einer Stellklappe des Stellsystems an derjenigen Führungsvorrichtung angeordnet sein, die dem Flugzeugrumpf an nächsten liegt, da an dieser Führungsvorrichtung bei einer Mehrzahl von Flugzeugtypen größere Lasten auftreten als bi der weiter vom Flugzeugrumpf entfernt gelegenen Führungsvorrichtung.
Insbesondere kann das Stellsystem an jedem Tragflügel zumindest zwei Stellklappen aufweisen, wobei an derjenigen Stellklappe, die dem Rumpf am nächsten liegt, ein erster Last-Sensor an derjenigen Führungsvorrichtung angeordnet ist, die dem Flugzeugrumpf an nächsten liegt, und wobei an derjenigen Stellklappe, die vom Rumpf am weitesten entfernt liegt, ein zweiter Last-Sensor an derjenigen Führungsvorrichtung angeordnet ist, die vom Rumpf am weitesten entfernt liegt.
Nach einer Weiterführung der Erfindung ist eine Ausführungsform des Stellsystems vorgesehen, die zusätzlich zu der vorgenannten Vergleichsfunktion einen Vergleich vornimmt zwischen einem Wert für eine Belastung entsprechend eines von dem einer Stellklappe zugeordneten Last-Sensor erfassten Sensorwertes und einem einer minimalen Betriebslast entsprechenden ersten Grenzwert und dass diese bei Unterschreitung dieses Grenzwertes der Stellklappe einen Fehlerzustand zuordnet. Mit dieser Vergleichsfunktion kann eine Lastpfad-Unterbrechung erfasst werden, die an derjenigen Führungsvorrichtung auftritt, an der der Last-Sensor nicht angeordnet ist. Wenn in diesem Fall die Lastpfad-Unterbrechung an derjenigen Führungsvorrichtung auftritt, an der der Last-Sensor nicht angeordnet ist, würde dieser keine Unterschreitung, sondern eine Lastüberhöhung gemessen werden. Dazu ist ein Last-Sensor mit einem geeigneten Genauigkeitsbereich vorzusehen, mit dem bei einer gegebenen kinematischen Auslegung des Stellsystems und insbesondere auch der Steifigkeit der Stellklappe diese Überlast messbar ist. Nach der Erfindung kann jedoch vorgesehen sein, dass diese Überwachungs- und Vergleichsfunktion nur mit einer Führungsvorrichtung des Stellsystems und mittels nur eines Last-Sensors erfolgt.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Last-Sensor zur Erfassung einer Lastpfad-Unterbrechung an derjenigen Führungsvorrichtung einer Stellklappe vorgesehen sein, an der kein weiterer Last-Sensor angebracht ist. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn mit dem Last-Sensor einer Führungsvorrichtung für diese andere Überwachungsfunktionen erfüllt werden, wie z. B. eine Überwachung von Belastungen an der Klappe.
Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Erfindung können auch mehrere Last-Sensoren an nur einer oder jeweils einer Führungsvorrichtung einer Stellklappe angeordnet sein. In letzterem Fall könne die weiteren Last-Sensoren verwendet werden, um Lastpfad-Unterbrechungen komponenten-spezifisch feststellen zu können oder auch um durch redundante Messungen Last-Sensoren überwachen zu können.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellsystems weist die Überwachungsvorrichtung eine Funktion auf, die derart ausgeführt ist, dass diese der Stellklappe bei dem Bewegen der Stellklappe in eine vorbestimmte Stellung einen Fehlerzustand zuordnet, wenn der von dem Last-Sensor ermittelte Sensorwert einen einer minimalen Betriebslast entsprechenden ersten Grenzwert unterschreitet oder einen einer maximalen Betriebslast entsprechenden zweiten Grenzwert überschreitet. Dabei kann eine Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung zur Durchführung der Fehlererkennung derart ausgeführt sein, dass diese die Fehlererkennungsfunktion während eines Flugeinsatzes und insbesondere während jedes Flugeinsatzes aktiviert
Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Stellsystem vorgesehen sein, dass an beiden Führungsvorrichtungen jeweils ein mit der Steuerungs- und/oder Überwachungsvorrichtung funktional verbundener Positionssensor zur Erfassung der Stellposition der Stellklappe angeordnet ist und dass die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung derart ausgeführt ist, dass diese die von den Positions-Sensoren ermittelten Werte miteinander vergleicht und dass diese der Stellklappe bei dem Bewegen der Stellklappe in eine vorbestimmte Stellung einen Fehlerzustand zuordnet, wenn bei dem Vergleich die Differenz zwischen den Werten der Positionssensoren einen Mindestdifferenzbetrag überschreitet und wenn der von dem Last-Sensor ermittelte Sensorwert einen einer minimalen Betriebslast entsprechenden ersten Grenzwert unterschreitet oder einen einer maximalen Betriebslast entsprechenden zweiten Grenzwert überschreitet.
Dabei kann eine Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung zur Durchführung der Fehlererkennung derart ausgeführt sein, dass diese die Fehlererkennungsfunktion während eines Flugeinsatzes und insbesondere während jedes Flugeinsatzes aktiviert wird.
Dabei kann der einer minimalen Betriebs-Last entsprechende erste Grenzwert und der einer maximalen Betriebslast entsprechende Grenzwert jeweils derart festgelegt sein, dass der erste Grenzwert um mehr als die Hälfte geringer ist als der zweite Grenzwert für die maximale Betriebslast, oder dass der zweite Grenzwert um 100 bis 150% größer ist als der erste Grenzwert oder dass der erste Grenzwert ein drittel bis ein fünftel des zweiten Grenzwertes beträgt.
Dabei kann die von dem Positionssensor ermittelte Verstellposition der Führungsvorrichtung die Verstellposition des Aktuators der Führungsvorrichtung sein. Weiterhin kann die von dem Positionssensor ermittelte Verstellposition der Führungsvorrichtung die Verstellposition eines Übertragungsteils der Verstell-Kinematik der Führungsvorrichtung sein.
Der Last-Sensor kann an der Eingangsseite oder der Ausgangsseite des Aktuators der Führungsvorrichtung zur Erfassung der an der Ausgangsseite des Aktuators aufgrund der Betätigung der Verstellklappe auftretenden Last angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, in einem Verstellzustand der Stellklappe oder einem Flugzustand des Flugzeugs, bei dem relativ große Luftkräfte an der Stellklappe wirken, die Messung von Lasten durch den Last-Sensor an den Führungsvorrichtungen derselben Stellklappe vorzunehmen und die gemessenen Lasten auf die Unterschreitung einer vorgegebenen oder zu ermittelnden minimalen Last zu prüfen, die so klein ist, dass dies bei einer Unterbrechung des Lastpfades nicht auftritt. Die Messung kann insbesondere nach dem Bewegen der Stellklappe in eine Stellung erfolgen, die in einer Flugphase (approach” des Flugzeugs) angefahren wird, in der bei dieser Stellung der Stellklappe die an dieser angreifenden Luftkräfte relativ groß oder am größten sind. Aus diesem Grund wird in einer Ausführungsform der Erfindung als Grenzwert für die Feststellung eines Unterschreitens desselben einen der minimalen Betriebslast entsprechenden ersten Grenzwert verwendet und bei Unterschreitung dieses Grenzwertes der Stellklappe einen Fehlerzustand zuordnet wird.
Dadurch ist es möglich, dass die Identifizierung des genannten Fehlers im Stellsystem und insbesondere eine Lastpfadunterbrechung mit einem Lastsensor mit einer Messgenauigkeit realisierbar ist, die relativ gering und mit heutiger Technologie erreichbar ist, da sich gezeigt hat, dass die in diesem Fehlerfall auftretenden Lasten und somit auch ein festzusetzender Grenzwert in der Praxis relativ weit unterhalb der erwarteten tatsächlich auftretenden Kräften liegt.
Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da die Messung der Lastwerte mit dem Last-Sensor auf Grund von Fertigungstoleranzen in der Verstellkinematik und Temperatureffekten relativ ungenau sein kann.
Durch Nutzung der erfindungsgemäßen Lastmessung für die Erkennung einer Unterlast und/oder einer Überlast insbesondere für die Erkennung einer Lastpfadunterbrechung an einer Führungsvorrichtung derselben Stellklappe, an der der jeweils messende Last-Sensor nicht angebracht ist kann für die Erkennung von Fehlern im Stellsystem insbesondere auf die mechanischen Lastbegrenzer-Sensoren verzichtet werden, mit entsprechender Reduktion der Komponentengewichte. Weiterhin ist die Erkennung einer Unterlast und auch einer Überlast mittels Lastsensoren genauer als Lastbegrenzer, da mechanische Lastbegrenzer eine hohe Fertigungstoleranz aufweisen. Durch die größere Genauigkeit bei der Feststellung einer Unterlast oder einer Überlast können Strukturbauteile für eine geringere Last ausgelegt werden. Durch diesen Effekt kann auch das Strukturgewicht reduziert Werden.
Diese Lastmessung kann für die Erkennung weiterer Fehler verwendet werden, so dass mit einem Überwachungsmechanismus verschiedene Fehler detektiert werden können. Damit wird der gesamte erforderliche Sensoraufwand für die Erkennung verschiedener Fehler reduziert und somit die Systemzuverlässigkeit erhöht.
Der zweite Fehlerfall, der mit dem erfindungsgemäßen Stellsystem auf vorteilhafte Weise erkannt werden kann, einer Unterbrechung des Lastpfades in einer der Führungsvorrichtungen einer Stellklappe in Kombination mit einer Blockade im Aktuator derselben Führungsvorrichtung, wird nach der Erfindung entweder durch ein Unterschreiten eines ersten Grenzwertes oder das Überschreiten eines zweiten Grenzwertes festgestellt. In diesem Fehlerfall muss damit gerechnet werden, dass die Ausfahrstellung der Stellklappe an der derart defekten Führungsvorrichtung weitgehend fixiert ist. Das Vorliegen eines Unterschreitens eines ersten Grenzwertes oder eines Überschreitens eines zweiten Grenzwertes bei diesem Fehlerfall hängt zum einen davon ab,

– ob der Fehlerfall an einer Führungsvorrichtung auftritt, an der der Last-Sensor angeordnet ist, mit dem die Unterschreitung oder Überschreitung eines Grenzwertes festgestellt wird, und
– ob der Fehlerfall auftritt, wenn die Stellklappe in die vorbestimmte Stellung oder die Stellung, in der der Fehler aufgetreten ist, eingefahren oder ausgefahren wird oder worden ist.

Tritt der Fehlerfall einer Unterbrechung des Lastpfades in einer der Führungsvorrichtungen einer Stellklappe in Kombination mit einer Blockade im Aktuator derselben Führungsvorrichtung beispielsweise an einer ersten von zwei Führungsvorrichtungen auf, so kann dieser Fehlerfall beim Vorliegen bestimmten Gegebenheiten wie folgt erkannt werden:

– der Last-Sensor, dessen Wert bei der Fehlererkennung herangezogen wird, befindet sich an der zweiten Führungsvorrichtung und die Lastmessung mit diesem Last-Sensor wird während eines Einfahrzustands der Führungsvorrichtungen also z. B. während des Einfahrens der Stellklappe vorgenommen; dann wird mit dem vom Last-Sensor ermittelten Lastwert eine eine Unterschreitung eines entsprechend vorgegebenen ersten Grenzwertes ermittelt;
– der Last-Sensor, dessen Wert bei der Fehlererkennung herangezogen wird, befindet sich an der ersten Führungsvorrichtung und die Lastmessung mit diesem Last-Sensor wird während eines Einfahrzustands der Führungsvorrichtungen also z. B. während des Einfahrens der Stellklappe vorgenommen; dann wird mit dem vom Last-Sensor ermittelten Lastwert eine Lastüberhöhung, also eine Überschreitung eines entsprechend vorgegebenen zweiten Grenzwertes ermittelt;
– der Last-Sensor, dessen Wert bei der Fehlererkennung herangezogen wird, befindet sich an der zweiten Führungsvorrichtung und die Lastmessung mit diesem Last-Sensor wird während eines Ausfahrzustands der Führungsvorrichtungen also z. B. während des Ausfahrens der Stellklappe vorgenommen; dann wird mit dem vom Last-Sensor ermittelten Lastwert eine Lastüberhöhung, also eine Überschreitung eines entsprechend vorgegebenen zweiten Grenzwertes ermittelt;
– der Last-Sensor, dessen Wert bei der Fehlererkennung herangezogen wird, befindet sich an der ersten Führungsvorrichtung und die Lastmessung mit diesem Last-Sensor wird während eines Ausfahrzustands der Führungsvorrichtungen also z. B. während des Ausfahrens der Stellklappe vorgenommen; dann wird mit dem vom Last-Sensor ermittelten Lastwert eine Lastunterschreitung, also eine Unterschreitung eines entsprechend vorgegebenen ersten Grenzwertes ermittelt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung derart ausgeführt, dass diese aufgrund der von dem Last-Sensor empfangenen Sensorsignale das Unterschreiten eines eine Betriebs-Last bezeichnenden Grenzwerts oder Schwellwerts ermittelt, um einen Fehlerzustand an der Klappe festzustellen. Dabei ist die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung derart ausgeführt, dass diese aufgrund der von dem Last-Sensor empfangenen Sensorsignale das Unterschreiten und in einer weiteren Ausführungsform auch das Überschreiten eines entsprechenden eine Betriebs-Last bezeichnenden ersten bzw. zweiten Grenzwerts ermittelt. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Funktionen der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung können in einem physischen oder Hardware-Modul oder in mehreren, auch örtlich dislozierten Modulen implementiert sein.
Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung kann auch derart ausgeführt sein, dass diese den Grenzwert oder Schwellwert auch abhängig von der Klappenstellung und/oder dem Flugzustand und/oder der Betriebsart, mit der das Flugzeug geflogen wird, und/oder der Flugzeug-Konfiguration (z. B. Fahrwerk aus- oder eingefahren) festlegt.
Nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stellsystems ist der eine Betriebslast bezeichnende Grenzwert in der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung fest vorgegeben.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung eine Grenzwert-Ermittlungsfunktion aufweist, mit der der eine Betriebslast bezeichnende erste bzw. zweite Grenzwert von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung im Betrieb aufgrund von Betriebsparameter des Flugzeugs ermittelt wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der eine Betriebs-Last bezeichnende erste bzw. zweite Grenzwert in der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung aufgrund einer Zuordnung von in Abhängigkeit der Verstellposition der jeweils zugeordneten Verstellklappe vorgegebenen Grenzwerten und der jeweils erfassten Verstellposition der jeweils zugeordneten Verstellklappe ermittelt wird. Erfindungsgemäß kann also vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung die Feststellung des Vorliegens eines vorbestimmten Flugzustands durch einen Vergleich von vorgegebenen Flugzustandsdaten mit erfassten Flugzustandsdaten ermittelt. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung das Vorliegen eines vorbestimmten Flugzustands aufgrund des Vergleichs dann feststellt, wenn die Flugzug-Geschwindigkeit innerhalb eines vorbestimmten Geschwindigkeitsbereichs und die Flugzeug-Höhe innerhalb eines vorbestimmten Höhenbereichs gelegen ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass der einer minimalen Betriebslast entsprechende Grenzwert einen Wert unter 70% der zulässigen Maximallast an der Stelle des Last-Sensors hat. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der eine minimale Betriebslast bezeichnende erste Grenzwert weniger als 60% beträgt als der Messwert des Lastsensors für den eine maximal zulässige Betriebslast bezeichnenden zweiten Grenzwert. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass der einer minimalen Betriebslast entsprechende Grenzwert einen Wert zwischen x1% und x2% einer während desselben Flugeinsatzes ermittelten durchschnittlichen Last im Reiseflug an der Stelle des Last-Sensors hat.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der eine Betriebs-Last bezeichnende erste bzw. zweite Grenzwert ein aus Zustandsgrößen des Flugzeugs ermittelter Grenzwert ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der Vergleich des jeweils mit einem Last-Sensor gemessenen Lastwerts mit einem ersten oder auch zweiten Grenzwert dann vorgenommen wird, wenn das Flugzeug in einem vorgegebenen Flugzustandsbereich befindet, der insbesondere definiert sein kann mit einem Geschwindigkeitsbereich und/oder Höhenbereich und/oder Anstellwinkelbereich.
Erfindungsgemäß kann bei der Ausführungsform des Grenzwert-Vergleichs bei Ausfahren der Klappe oder einem Ausfahrzustand der Klappe auch vorgesehen sein, dass der von dem Last-Sensor aufgrund einer Last ermittelte Sensorwert, der mit dem eine Betriebs-Last bezeichnenden Grenzwert zu vergleichen ist, ein Wert ist, der in einem ausgefahrenen Zustand der jeweils zugeordneten Verstellklappe ermittelt wird. Dabei kann in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform vorgesehen sein, dass der erste oder auch er zweite Grenzwert mit den Lastsensoren zuvor in einem vorbestimmten Flugzustand und insbesondere im Reiseflug ermittelt wird.
Die Lagervorrichtung der zumindest einen Stellklappe kann eine Dropped-Hinge-Kinematik oder eine Fowler-Kinematik aufweisen.
Das Stellsystem nach der Erfindung kann mit einem „zentralen Antrieb” ausgeführt sein, wobei das fehlertolerante Stellsystem eine Antriebseinheit aufweist, die von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung angesteuert wird und die mit den Verstellvorrichtungen jedes Flügels über eine Drehwelle zu deren Betätigung mechanisch gekoppelt ist.
Dabei kann die Antriebsvorrichtung zumindest einen Antriebsmotor und zumindest eine Brems-Vorrichtung aufweisen, die dem Antriebsmotor zum Anhalten des Ausgangs des jeweiligen Antriebsmotors zugeordnet ist, wobei die Steuerungs- und Überwachungseinheit aufweist:

– eine Stell-Funktion zur Erstellung von Kommandosignalen für die Antriebsmotoren zur Verstellung der Stellklappe,
– eine Überwachungs-Funktion, mit der ein Kommandosignal an die Brems-Vorrichtung zur Betätigung derselben geschickt wird, wenn die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung aufgrund des Vergleichs eines Sensorwerts des Last-Sensors mit einem Sollwert einer der der Stellklappe jeweils zugeordneten Verstellvorrichtungen einen Fehlerzustand zuordnet.

Alternativ dazu kann das Stellsystem nach der Erfindung mit einem „dezentralen Antrieb” ausgeführt sein, wobei

– an der zumindest einen Klappe jedes Tragflügels jeweils zumindest zwei Verstellvorrichtungen angeschlossen und voneinander in Spannweiten-Richtung der Klappe beabstandet angeordnet sind, wobei die Verstellvorrichtungen über jeweils eine Antriebs-Verbindung an die der Verstellklappe jeweils zugeordnete Antriebsvorrichtung angekoppelt sind, und
– das fehlertolerante Stellsystem zum Antrieb der Verstellvorrichtungen Antriebsvorrichtungen aufweist, von denen jeweils eine jeder Verstellklappe zugeordnet ist und die mit einer diese ansteuernden Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung funktional in Verbindung stehen. Insbesondere kann jede Verstellvorrichtung jeweils aufweisen: zwei Antriebsmotoren und zwei Brems-Vorrichtungen, wobei den Antriebsmotoren zumindest eine Brems-Vorrichtung zum Anhalten des Ausgangs des jeweiligen Antriebsmotors zugeordnet sein.

Generell kann vorgesehen sein, dass die Führungsvorrichtungen aus einer Lagerungsvorrichtung und einer Stellvorrichtung gebildet ist und dass die Stellvorrichtung aufweist: den Aktuator, den Übertragungsmechanismus zur Übertragung der Leistung der jeweils zugeordneten Antriebsvorrichtung und den Stell-Mechanismus zur kinematischen Kopplung des Aktuators an die Stellklappe.
Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Verstellvorrichtungen einer Stellklappe aufweisen: zumindest einen Antriebsmotor und zumindest eine Brems-Vorrichtung, die dem Antriebsmotor zum Anhalten des Ausgangs des jeweiligen Antriebsmotors zugeordnet ist, dass die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung Steuerungs- und Überwachungseinheiten aufweist, von denen jeweils eine mit den zumindest zwei an jeweils eine Stellklappe angeschlossenen Verstellvorrichtungen funktional verbunden ist, wobei jede Steuerungs- und Überwachungseinheit aufweist:

Nach der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Rekonfiguration eines Stellsystems mit verstellbaren Verstellklappen vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist:

– während jedes/eines Flugeinsatzes beim Bewegen der Stellklappe in eine vorbestimmte Stellung oder bei einem Erzeugen eines Stellkommandos zum Bewegen der Stellklappe oder bei Feststellung des Vorliegens eines vorbestimmten Flugzustands Durchführung eines Vergleichs zwischen einem Wert für eine Belastung entsprechend eines von dem einer Stellklappe zugeordneten Last-Sensor erfassten Sensorwertes und einem einer minimalen Betriebslast entsprechenden ersten Grenzwert und
– Zuordnung eines Fehlerzustands der Stellklappe bei Unterschreitung dieses Grenzwertes. Dabei kann insbesondere weiterhin vorgesehen sein:

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der beiliegenden Figuren beschrieben, die zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochauftriebssystems mit Stellklappen, von denen zwei für jeden Flügel vorgesehen sind, mit Verstellvorrichtungen zur Betätigung der Verstellklappen, wobei die Verstellvorrichtungen jeweils zumindest einen Aktuator und jeweils zumindest einen auf der Eingangsseite gelegenen ersten Last-Sensor und auf der Ausgangsseite des zumindest einen Aktuators gelegenen zweiten Last-Sensor und wobei die Verstellvorrichtungen von einem zentralen Antriebsmotor und einer mit diesem gekoppelten Drehwelle angetrieben werden;
2 eine vergrößerte Darstellung des für den in der Flugzeug-Längsachse gesehen rechten Flügel vorgesehenen Teil des Hochauftriebssystems nach der 1;
3a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Verstellvorrichtung nach der Erfindung mit einer Darstellung der Anordnung des Last-Sensors im Drehgelenk, das die Schubstange mit der Stellklappe koppelt;
3b eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Verstellvorrichtung nach der Erfindung mit einer Darstellung der Anordnung des Last-Sensors im Drehgelenk, das die Schubstange mit der Stellklappe koppelt;
3c eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform der Antriebsstange mit einem Querbolzen, der einen Lastsensor nach der 3b aufweist;
4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des im Vergleich zur Darstellung der 1 alternativen erfindungsgemäßen Hochauftriebssystems mit Stellklappen, deren Verstellvorrichtungen über jeweils eine Antriebsvorrichtung betätigt werden, wobei Bestandteilen des Hochauftriebssystems der 4, die ähnliche Funktion aufweisen wie in der 1, teilweise dieselben Bezugszeichen zugeordnet sind.
Die 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellsystems in Form eines Hochauftriebssystems 1 zum Verstellen zumindest einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 und insbesondere zumindest einer Landeklappe an jedem Tragflügel. In der 1 sind zwei Landeklappen je eines Tragflügels, der in der Darstellung der 1 nicht gezeigt ist, dargestellt. Im Einzelnen sind dargestellt: eine innere Landeklappe A1 und eine äußere Landeklappe A2 an einem ersten Tragflügel und eine innere Landeklappe B1 und eine äußere Landeklappe B2 an einem zweiten Tragflügel. Bei dem erfindungsgemäßen Hochauftriebssystem können auch eine oder mehr als zwei Landeklappen pro Tragflügel vorgesehen sein. Zur Verstellung der Stellklappe A1, A2, B1, B2 ist diese mittels zumindest zwei an jeder Stellklappe A1, A2, B1, B2 angekoppelte und in Spannweiten-Richtung der Stellklappe A1, A2, B1, B2 voneinander beabstandete Führungsvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 angekoppelt.
Die Führungsvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 erfüllen eine Lagerfunktion, mit der die Stellklappen am Hauptflügel H bewegbar gelagert sind, und eine Stellfunktion, mit der die Stellung der Stellklappen gegenüber dem Hauptflügel H verstellbar ist. Die Stellfunktion kann insbesondere mittels eines Stellmechanismus SM (3) und die Lagerfunktion mittels einer Lagerstation LS realisiert sein.
Bei der Ausführungsform der in der 3 dargestellten Führungsvorrichtung sind die Stellklappen A1, A2, B1, B2 bzw. K mittels jeweils einer Lagervorrichtung oder Lagerstation LS an dem Hauptflügel H des Tragflügels bewegbar gelagert. Weiterhin ist jede Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K an eine Verstellstation mit zumindest einem Stellmechanismus SM angekoppelt, wobei der Stellmechanismus SM derart ausgeführt ist, dass diese von der Antriebsvorrichtung P bzw. PA1, PA2, PB1, PB2 an diese übertragene Leistung aufnehmen und in eine Verstellbewegung der an der Lagerstation gelagerten Stellklappe umsetzen kann.
Die einer Klappe zugeordnete zumindest eine Lagervorrichtung LS kann generell eine „Dropped-Hinge-Kinematik” oder eine „Fowler-Kinematik” aufweisen. Die „Fowler-Kinematik” kann z. B. ausgebildet sein als „Track-Kinematik”, als „Track-Link-Kinematik” oder als „Linkage-Kinematik” gebildet sein. Eine „Track-Kinematik” ist aus einer Kombination einer Schiene und eines auf der Schiene bewegbaren Schlittens gebildet und bildet eine integrierte Einheit zur Verstellung und Lagerung der jeweiligen Stellklappe. Zur Verstellung der Stellklappe ist an den Schlitten eine Verstellvorrichtung angekoppelt, so dass die Verstellvorrichtung entsprechend aufgrund der Betätigung durch die jeweils zugeordnete Antriebsvorrichtung den Schlitten auf der Schiene („Track”) und somit die Klappe bewegt. Dabei kann die Verstellvorrichtung aus einem Drehaktuator oder einem Spindelantrieb gebildet sein, der an dem Schlitten angekoppelt ist, um diesen zu bewegen. Bei einer sogenannten „Dropped Hinge Kinematik” ist die Lagervorrichtung aus einer Gelenkstütze gebildet, die von dem Hauptflügel im Bereich von dessen hinteren Kante angebracht ist und von dort nach unten wegragt. Am äußeren Ende der Gelenkstütze ist die Klappe mittels einer am Hauptflügel angebrachten Halterung angelenkt. Die Verstellvorrichtung kann dabei insbesondere an die Klappe angekoppelt und dabei aus einem Drehaktuator gebildet sein.
Das Hochauftriebssystem 1 wird betätigt und kontrolliert über eine Schnittstelle, die insbesondere eine Piloten-Schnittstelle IF und dabei ein Betätigungsorgan wie z. B. einen Betätigungshebel aufweist. Das Betätigungsorgan IF ist mit einer Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 funktional gekoppelt, die Steuerkommandos über eine Ansteuerungs-Leitung C1 zur Ansteuerung einer Antriebsvorrichtung P übermittelt. Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 ist in der Ausführungsform nach der 1 als eine sogenannte „zentrale” Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 ausgebildet, d. h. diese weist Steuerungs- und Überwachungsfunktionen für mehrere und insbesondere sämtliche Verstell-Vorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 des Hochauftriebssystems 1 auf.
Die zentrale und z. B. im Rumpfbereich angeordnete Antriebsvorrichtung P kann mit einer oder mehreren Antriebsmotoren gebildet sein. In der dargestellten Ausführungsform des Hochauftriebssystems 1 weist die Antriebsvorrichtung P zwei Antriebsmotoren M1, M2 auf, die z. B. durch einen Hydraulikmotor und einen Elektrikantrieb realisiert sein können. Weiterhin kann die Antriebsvorrichtung P zumindest eine den Antriebsmotoren M1, M2 zugeordnete Brems-Vorrichtung aufweisen, die jeweils durch ein Kommandosignal der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 betätigt werden kann. In der in der 1 dargestellten Ausführungsform des Hochauftriebssystems weist die Antriebsvorrichtung P zwei Brems-Vorrichtungen B1, B2 auf, die jeweils durch ein Kommandosignal der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 betätigt werden können. Die zumindest eine Brems-Vorrichtung B1, B2 ist funktional mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 verbunden, die bei vorbestimmten Bedingungen die Brems-Vorrichtung betätigen und damit die Drehwellen-Antriebsstränge 11, 12 arretieren kann. Bei einem Defekt des Antriebsmotors oder eines von mehreren Antriebsmotoren kann diese durch die zentrale Antriebsvorrichtung P oder eine dem zumindest einen Antriebsmotor zugeordnete Antriebsmotor-Steuerung abgeschaltet werden. Wenn die Antriebsvorrichtung P aus nur einem Motor gebildet ist, kann die Antriebsvorrichtung weiterhin auch mit nur einer Bremsvorrichtung ausgeführt sein. Ein solcher Motor kann insbesondere auch als ein in sich redundanter Motor ausgeführt sein, dessen Antriebsfunktion zur Erhöhung der Ausfallsicherheit redundant ausgelegt ist.
Die Antriebsvorrichtung P kann in der Ausführung mit zwei Motoren M1, M2 nach der 1 ein Differential D aufweisen, das mit den Ausgangsseiten des Hydraulikmotors M1 und des Elektromotors M2 derart gekoppelt ist, dass die von dem Hydraulikmotor M1 und dem Elektromotor M2 jeweils bereitgestellten Leistungen summiert werden und an Drehwellen-Antriebsstränge insbesondere in der Form von Antriebs-Drehwellen 11, 12 übertragen werden. In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochauftriebssystems sind weiterhin zwei Brems-Vorrichtungen B1, B2 vorgesehen, die funktional mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 verbunden sind. Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 ist derart ausgeführt, dass diese bei vorbestimmten Bedingungen und insbesondere auf Zuordnung eines kritischen Fehlerzustands an eine der Komponenten des Stellsystems die Brems-Vorrichtungen B1, B2 betätigen und damit die Drehwellen-Drehwellen 11, 12 arretieren kann. Wird einer der beiden Antriebsmotoren, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel z. B. der Hydraulikmotor M1 oder der Elektrikantrieb M2, abgeschaltet, gibt die zentrale Antriebsvorrichtung P aufgrund des Differentials, das derart gestaltet ist, dass die von dem Hydraulikmotor M1 und dem Elektromotor M2 jeweils bereitgestellten Leistungen summiert werden, eine um den Betrag des abgeschalteten Antriebsmotors reduzierte Leistung ab. Statt zwei Bremsvorrichtungen B1, B2 kann auch nur eine Bremsvorrichtung und satt zwei Motoren M1, M2 kann auch nur ein Motor vorgesehen sein.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Stellsystems ist die Antriebsvorrichtung P für den Antrieb bzw. die Verstellung sämtlicher zu dem Stellsystem gehörenden Stellklappen A1, A2, B1, B2, also zumindest eine Stellklappe pro Tragflügel, jedoch vorzugsweise mehrere Stellklappen A1, A2 bzw. B1, B2 pro Tragflügel mittels entsprechender Verstellvorrichtungen vorgesehen. Eine solche Antriebsvorrichtung kann insbesondere an zentralem Ort, d. h. insbesondere im Rumpf des Flugzeugs angeordnet sein. An die Antriebsvorrichtung P sind insgesamt zwei Antriebsverbindungen insbesondere in Form der Antriebs-Drehwellen 11, 12 jeweils zur Betätigung der zumindest einen Klappe A1, A2 bzw. B1, B2 je Tragflügel angekoppelt. Die beiden Antriebs-Drehwellen 11, 12 sind an die zentrale Antriebsvorrichtung P gekoppelt und werden durch diese miteinander synchronisiert. Aufgrund entsprechender Steuerkommandos versetzt die zentrale Antriebsvorrichtung P die Antriebs-Drehwellen 11, 12 zur Ausübung von Stellbewegungen der mit diesen gekoppelten Verstell-Vorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 der jeweiligen Stellklappe A1, A2 bzw. B1, B2 in Drehung. In einem der Antriebsvorrichtung P nahe gelegenen Wellenabschnitt der Antriebs-Drehwellen 11, 12 kann ein Last-Begrenzer oder Drehmoment-Begrenzer L integriert sein.
An jeder Klappe A1, A2 bzw. B1, B2 ist zumindest eine Führungsvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 zur Verstellung derselben angekoppelt. Bei dem in der 1 dargestellten Hochauftriebssystem 1 sind an jeder Stellklappe A1, A2, B1, B2 jeweils zwei Führungsvorrichtungen A11, A12 oder B11, B12 oder A21, A22 oder B21, B22 angeordnet, und zwar im Einzelnen an den inneren Stellklappen A1 und B1 die Führungsvorrichtungen A11, A12 bzw. B11, B12 und an den äußeren Klappen A2 und B2 die Führungsvorrichtungen A21, A22 bzw. B21, B22. Sämtliche Führungsvorrichtungen, also generell zumindest eine Führungsvorrichtung, die insgesamt jeweils eine Klappe betätigt bzw. betätigen, kann auch Verstellstation genannt werden.
Im Folgenden werden an Hand der 2 und der Stellklappen B1, B2 die Führungsvorrichtungen B11, B12, B21, B22 beschrieben, wobei die Bestandteile verschiedener Führungsvorrichtungen B11, B12, B21, B22 gleicher Funktion in jeder Führungsvorrichtung B11, B12, B21, B22 mit demselben Bezugzeichen versehen sind. In der Figur ist eine Ausführungsform des Stellsystems und insbesondere des Hochauftriebssystems 1 dargestellt, bei dem jede Führungsvorrichtung B11, B12, B21, B22 einen Last-Sensor S-D an der Antriebsstange 30 aufweist oder in dieser integriert ist.
Jede der Führungsvorrichtungen B11, B12, B21, B22 (bei der Darstellung der 1 jede der Führungsvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) weist einen Übertragungsmechanismus UM zur Übertragung der Leistung der jeweils zugeordneten Antriebsvorrichtung P bzw. PA1, PA2, PB1, PB2, einen daran angekoppelten Aktuator 20 oder ein Übersetzungsgetriebe 20, und einen an den Aktuator 20 angekoppelten Stell-Mechanismus SM zur kinematischen Kopplung des Aktuators 20 an die Stellklappe K bzw. A1, A2; B1, B2 auf.
Generell ist der Aktuator 20 direkt oder über den Übertragungsmechanismus UM an den Ausgang der Antriebsvorrichtung gekoppelt. Dies kann mittels des Übersetzungsgetriebes 25 realisiert sein. In der in der 1 dargestellten Ausführungsform ist ein solches Übersetzungsgetriebe 25 dazu vorgesehen, die Bewegung der jeweiligen Antriebswelle 11, 12 in eine Bewegung eines Antriebsteils oder Antriebselements 21 umzusetzen, das mit dem Aktuator 20 gekoppelt ist, um einem Eingangselement 21 oder einem sogenannten „Downdrive-Link” an der Eingangsseite des Aktuators 20 eine Eingangsbewegung zu übertragen. Der Aktuator oder das Übersetzungsgetriebe 20 ist mechanisch an die jeweiligen Antriebs-Drehwellen 11, 12 angekoppelt und setzt eine Rotationsbewegung der jeweiligen Antriebs-Drehwellen 11, 12 in eine Verstellbewegung des Klappenbereichs um, der mit der jeweiligen Führungsvorrichtungen B11, B12, B21, B22 gekoppelt ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass an jeder Verstell-Vorrichtung B11, B12, B21, B22 einer Klappe ein Positionssensor 26 angeordnet ist (2), der die aktuelle Position der jeweiligen Stellklappe A1, A2, B1, B2 ermittelt und diesen Positionswert über eine nicht dargestellte Leitung an die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 sendet.
Der Aktuator 20 ist generell über eine Stell-Mechanismus SM zur kinematischen Kopplung des Aktuators 20 an die Stellklappe A1, A2, B1, B2 gekoppelt.
Generell weist der Aktuator 20 weiterhin ein Ausgangselement oder Antriebselement 22 auf, das mit einer klappenseitigen Kopplungsvorrichtung 30 zur Kopplung des Aktuators 20 mit der jeweiligen Verstellklappe gekoppelt ist. Somit wird eine Bewegung des Ausgangselements 22 auf eine Bewegung der jeweiligen Stellklappe A1, A2, B1, B2 übertragen. Zwischen dem Eingangselement 21 und dem Ausgangselement 22 kann dabei eine mechanische Übertragungsmechanik mit einer Übersetzungsfunktion vorgesehen sein.
Zusätzlich kann an den Enden der Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 ein Asymmetrie-Sensor 28 angeordnet sein, der ebenfalls über eine nicht dargestellte Leitung funktional mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 verbunden ist und über diese Leitung einen aktuellen Wert an die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 sendet, der aussagt, ob die Enden der Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs rotiert werden oder ob eine asymmetrische Drehstellung der Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 gegeben ist.
Weiterhin können an jeder Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 jeweils eine Flügelendbereichs-Bremse WTB angeordnet sein, die bei Betätigung Antriebs-Drehwelle oder den jeweiligen Antriebsstrang 11 bzw. 12 blockieren kann. Dabei ist die eine Flügelendbereichs-Bremse WTB insbesondere an einer Stelle der Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 angeordnet, der in einem äußeren Bereich des jeweiligen Flügels gelegen ist. Jede der Flügelendbereichs-Bremsen WTB ist über eine ebenfalls nicht dargestellte Leitung funktional mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 verbunden und kann über diese Leitung von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 angesteuert und betätigt werden. Im Betrieb ist der normale Ausgangszustand der Flügelendbereichs-Bremse WTB ein nicht-betätigter Zustand, bei dem diese auf die Rotation der Antriebs-Drehwellen 11 bzw. 12 nicht eingreifen. Bei einem entsprechenden Steuerungssignal von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 können die Flügelendbereichs-Bremsen WTB betätigt werden, um den jeweils zugeordneten Antriebs-Drehwelle 11 bzw. 12 zu arretieren.
In einem in der 3a gezeigten Ausführungsbeispiel einer Führungsvorrichtung ist der Aktuator als Drehaktuator 120 und das Ausgangselement als Aktuatorhebel 122 und die Antriebsstange 130 oder Verbindungshebel ausgeführt, die bzw. der über Gelenke 131, 132 den Aktuator mit der Stellklappe K koppelt. Dabei ist ein erstes Gelenk 131, mit dem die Antriebsstange 130 an dem Aktuatorhebel 122 angelenkt ist, und ein zweites Gelenk 132 vorgesehen, mit dem die Antriebsstange 130 an der Verstellklappe K angelenkt ist.
Nach einer weiteren, in den 3b und 3c dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Last-Sensor zur Erfassung der in dem Lastpfad zwischen dem Aktuator und der Stellklappe der jeweiligen Führungsvorrichtung auftretenden Last in der Antriebsstange 130 integriert, der in Funktionsverbindung mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 zum Empfang der von dem Last-Sensor erzeugten Sensorsignale steht. Der Lastsensor ist dabei als Sensor zur Messung der in einer Antriebsstange 130 entlang ihrer Längsrichtung L1 auftretenden Längskraft ausgeführt. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist dazu die Antriebsstange gebildet aus einem an dem Aktuatorhebel 122 angelenkten ersten Antriebsstangen-Teil 130a, einem an der Stellklappe K angelenkten zweiten Antriebsstangen-Teil 130b und einem diese koppelnden Querbolzen 133 (3c). Dabei sind die Antriebsstangen-Teile 130a, 130b unter Ausbildung eines Überlappungsbereichs 130c einander teilweise überlappend angeordnet. Im Überlappungsbereich und zwischen den Antriebsstangen-Teilen 130a, 130b kann eine Dichtung 130d zur Verhinderung des Eindringens von Schmutz und/oder Feuchtigkeit in den Bereich zwischen Antriebsstangen-Teilen 130a, 130b angeordnet sein. Der Querbolzen durchragt die Antriebsstangen-Teile 130a, 130b zur Herstellung einer kraftübertragenden Kopplung der Antriebsstangen-Teile 130a, 130b in ihrem Überlappungsbereich 130c quer zur Längsrichtung L1 der Antriebsstange 130. Erfindungsgemäß ist der Last-Sensor S-D ein im oder am Querbolzen 133 angeordneter Sensor zur Ermittlung von auf den Bolzen wirkenden Querkräften, die aus in der Antriebsstange 130 auftretenden Längskräften resultieren.
Der Lastsensor kann erfindungsgemäß aus mindestens einem Dehnmessstreifen gebildet sein. Dabei kann der mindestens eine Dehnmessstreifen an dem Querbolzen 133 angeordnet sein. Der Querbolzen kann insbesondere als Hohlbolzen ausgebildet sein. Dabei kann der mindestens eine Dehnmessstreifen insbesondere auf der Innenfläche des Querbolzens angeordnet sein. Der Lastsensor kann aus mehreren Dehnmessstreifen in Vollbrückenanordnung gebildet sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Lastsensor als temperaturkompensierte Sensor-Anordnung ausgeführt sind.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsstange gebildet aus einem an dem Aktuatorhebel 122 angelenkten ersten Antriebsstangen-Teil 130a, einem an der Stellklappe K angelenkten zweiten Antriebsstangen-Teil 130b und einer diese koppelnden Kopplungsvorrichtung, die einen Last-Sensor zur Ermittlung von in der Antriebsstange 130 auftretenden Längskräften aufweist. Dabei kann die Kopplungsvorrichtung insbesondere eine Vorspanneinrichtung und/oder Dämpfervorrichtung aufweisen, mit der der Last-Sensor zur Ermittlung von Längskräften integriert ist.
Die Stellklappe ist mittels zumindest einer Lagervorrichtung LS am Hauptflügel H angelenkt, wobei bei dem Ausführungsbeispiel der 3 als Lagervorrichtung 141 mit einer Dropped-Hinge-Kinematik ausgeführt ist. Die Lagervorrichtung 141 weist eine am Hauptflügel H und von diesem in Bezug auf die Flügel-Dickenrichtung D-H nach unten erstreckende Befestigungsstrebe 143 auf, in der ein Lagergelenk 144 vorgesehen ist. An dem Lagergelenk 144 ist eine Stützvorrichtung in Form einer Gelenkstütze 145 angelenkt, die an einer Verstellklappe K mittels einer Befestigungsvorrichtung 146 befestigt oder gelagert ist. Der Aktuator ist als Drehaktuator 120 ausgeführt.
Bei einer alternativen Ausbildung der Führungsvorrichtung als Track-Kinematik (nicht in den Figuren gezeigt) kann ein Aktuator, der z. B. ein Drehaktuator oder ein Spindelantrieb sein kann, an dem Schlitten angekoppelt sein, wobei eine Antriebsstange (analog der Antriebsstange 130) über ein erstes Gelenk an dem Schlitten und über ein zweites Gelenk an der Verstellklappe angeordnet ist.
Generell ist erfindungsgemäß zumindest eine Führungsvorrichtung (in der 1 die Führungsvorrichtungen A11, A12, A21, A22, B11, B12, B21, B22) an einem Tragflügel zur Ankopplung einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 an einen Hauptflügel H einen Last-Sensor S-D auf, der in dem Gelenk 32 bzw. 132 oder der Antriebsstange 130 angeordnet ist, mit dem die Antriebsstange 30 bzw. 130 mit der Stellklappe K bzw. A1, A2; B1, B2 gekoppelt ist, wobei der Last-Sensor S-D derart ausgeführt ist, dass dieser die in diesem Lastpfad auftretenden Kräfte erfasst. Der Last-Sensor S-D ist funktional mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 zum Empfang der von den Last-Sensoren erzeugten Sensorsignale verbunden. Der Last-Sensor S-D ist zur Messung von Lasten vorgesehen, die aufgrund von auf die Klappe K einwirkenden äußeren Kräften von der Klappe K auf die Stell-Mechanismus SM übertragen werden.
Alternativ oder zusätzlich zur Anordnung zumindest eines Lastsensors im Stellmechanismus SM kann der Last-Sensor auch im Übertragungsmechanismus UM angeordnet sein, dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der im Übersetzungsgetriebe 25 und/oder Antriebsteil oder Antriebselement 21 angeordnet ist.
Mit dem Lastsensor nach der Erfindung wird eine in der jeweiligen Führungsvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 auftretende Betriebslast gemessen, die mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 auf Unterschreitung des ersten Grenzwertes und in weiteren Anwendungsfällen zusätzlich auf Überschreitung eines zweiten Grenzwertes überwacht wird. Die Messung der Betriebslast kann unabhängig von einer Verstellposition der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K, also im gesamten Verstellbereich der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K vorgenommen werden. Bei Messung der Betriebslast kann vorgesehen sein, dass diese ständig oder in vorgegebenen Zeitabständen vorgenommen wird, da die Betriebslast unabhängig von einer Stell-Position der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K definiert ist. Mit der Feststellung eines Grenzwertes für die Betriebslast kann z. B. ein Bruch oder „disconnect” einer der Führungsvorrichtungen erfasst werden, da dann an einer zumindest einen weiteren Führungsvorrichtung derselben Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K wesentlich größere Lasten auftreten können, die größer sind als die Betriebslasten, die bei intakten Führungsvorrichtungen auftreten. Bei einer ständigen oder in zeitlichen Abständen oder in bestimmten Systemzuständen insbesondere mit der Stellklappe in einer bestimmten Position vorgenommenen Messung der am Last-Sensor jeweils auftretenden Last kann die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5, die die jeweils erfassten Sensorsignale empfängt, diese mit einem vorgegebenen ersten Grenzwert, der einer Minimal-Last entspricht, und optional mit einem zweiten Grenzwert, der einer Maximal-Last entspricht, vergleichen und bei Unterschreiten bzw. Überschreiten des jeweiligen Grenzwertes der betreffenden Führungsvorrichtung der Stellklappe oder zumindest der Stellklappe insgesamt einen Fehlerzustand zuordnen sowie gegebenenfalls geeignete Maßnahmen zur Rekonfiguration des Stellsystems oder der Verstellstation kommandieren und einleiten. Diese Messungen und damit verbundene Vergleiche der Messwerte mit der Betriebslast können also bei jeder Verstellposition der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K ausgeführt werden.
Bei einer Lastpfad-Unterbrechung in einer ersten Führungsvorrichtung einer Stellklappe treten z. B. bei der jeweils anderen Führungsvorrichtung derselben Klappe größere Lasten, d. h. ein Überschreiten eines zweiten Grenzwertes, auf als bei Nicht-Vorliegen eines solchen Fehlerzustands, wenn zuvor und/oder danach ein Verstellkommando von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 zum Einfahren der Stellklappe K kommandiert wurde. In diesem Fall werden bei der noch intakten Führungsvorrichtung derselben Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K deutlich größere Kräfte in einem zweiten Gelenk 32 bzw. 132 bewirkt, da neben den Luftlasten auch die von der Führungsvorrichtung ausgeübten Kräfte auf das zweite Gelenk 32 bzw. 132 wirkt, so dass die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 aufgrund der Signalwerte, die für die jeweils auftretende Last von dem in demselben Gelenk angeordneten Last-Sensor S-D erfasst wird, und aufgrund der Durchführung eines entsprechenden Vergleichs ein Überschreiten der vorgegebenen Maximal-Last ermittelt. Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 kann derart ausgeführt sein, dass diese in diesem Fall der jeweiligen zu der betroffenen Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K gehörenden Verstellstation mit den jeweils einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K zugeordneten Führungsvorrichtungen A11, A12 oder B11, B12 oder A21, A22 oder B21, B22 einen Fehlerzustand zuordnen sowie gegebenenfalls geeignete Maßnahmen zur Rekonfiguration des Stellsystems oder der Verstellstation kommandiert und einleitet.
Wenn ein Last-Sensor S-D einen lastfreien Zustand anzeigt, wobei der andere Last-Sensor S-D, der an der anderen Antriebsstation der gleichen Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K angeschlossen ist, eine erhöhte Last anzeigt, ist von einem Bruch der Aktuatoranbindung zur Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K auszugehen und kann durch die einen entsprechenden Fehlerzustand definiert sein. Auch in diesem Fall kann die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 derart ausgeführt sein, dass diese ein Kommandosignal an die Bremsvorrichtungen erzeugt, mit dem das Stellsystem umgehend gestoppt wird.
Bei der Blockade einer Führungsvorrichtung einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K mit weiterhin funktionsfähigem Antrieb einer weiteren Führungsvorrichtung derselben Stellklappe entsteht durch das dann auftretende Verkanten der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K eine erhöhte Last an der defekten Verstell-Vorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22, welche aufgrund des entsprechenden Vergleichs der von dem dort angeordneten Last-Sensor S-D ermittelten Werten mit Soll-Werten erkannt wird und durch die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 aufgrund der Erzeugung eines entsprechenden Kommandosignals ebenfalls zur sofortigen Passivierung und zum Stoppen des Stellsystems führt.
Sobald ein Last-Sensor S-D eine Last detektiert, die erfindungsgemäß unter einem definierten ersten Grenzwert und optional auch über einem definierten zweiten Grenzwert, der größer ist sls der erste Grenzwert, liegt, ist eine Unterlast bzw. eine Überlast detektiert, und die jeweilige Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 kann derart ausgeführt sein, dass das Stellsystem oder die Verstellstation angehalten, d. h. gestoppt wird. Der Grenzwert oder Schwellwert kann entweder ein fester, vorgegebener Wert sein oder aber ein von anderen Zustandsgrößen abhängiger Wert. Wird nur ein fester Wert verwendet, so kann mit einer Unterlast- bzw. Überlasterkennung auf elektronischer Basis die Funktion heutiger Lastbegrenzer, allerdings. Die Verwendung zustandsabhängiger Schwellwerte ermöglicht eine frühzeitigere Fehlererkennung in vielen Fehlerszenarien.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mit dem Last-Sensor S-D das Unterschreiten und/oder Überschreiten einer aufgrund von Annahmen vorgegebenen Betriebslast gemessen wird. Da sich die Lastsensoren S-D an der Schnittstelle zwischen System und Struktur befinden, kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass mit diesen auch die Strukturlasten ermittelt werden. Werden die Lastprofile im Zentralrechner kontinuierlich aufgezeichnet, so können diese hinsichtlich der strukturellen Lastzyklen ausgewertet werden. Diese Information kann für die Überwachung eines ”Duty Cycle”-Monitoring und/oder „Health Monitoring” verwendet werden.
Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 kann derart ausgeführt sein, dass diese auf der Basis eines Vergleichs von Signalwerten für die jeweils auftretende Last mit Werten für eines angenommene Betriebslast aus einem Unterschreiten einer vorgegebenen oder ermittelten Betriebslast durch die tatsächlich festgestellte Last ein „Disconnect” an derselben Vertellvorrichtung folgert und identifiziert, da in diesem Fall die an der Klappe auftretenden äußeren Kräfte nicht über die Anschluss-Vorrichtung auf die Verstellkinematik VK derselben Führungsvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 übertragen werden können. In diesem Fall ordnet die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 der jeweiligen Führungsvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 oder Verstellstation einen Fehlerzustand zu und kommandiert gegebenenfalls geeignete Maßnahmen zur Rekonfiguration des Stellsystems oder der Verstellstation wie das Stoppen des Stellsystems bzw. Hochauftriebssystems 1 mittels der Bremsvorrichtungen B1, B2.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der verwendete Sollwert oder Vergleichswert von der Verstell-Position abhängt, wobei die jeweiligen Vergleichswerte oder die vorgegebenen Betriebslast für jede Verstellposition durch Tests ermittelt werden und in der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 abgespeichert sind. Die Messung kann dadurch während des Flugzeugbetriebs ständig, d. h. insbesondere in z. B. regelmäßigen Zeitabständen und in Abhängigkeit des Vertellzustands der Führungsvorrichtungen einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K vorgenommen werden. Auch kann vorgesehen sein, dass die Last-Messung bei der Kommandierung und der Durchführung einer Verstellung der Führungsvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 bzw. der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K vorgenommen wird. Bei Vorsehen einer ständigen oder regelmäßigen Last-Messung ermittelt die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 bei Verstellung der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K ein Vergleichswert, der – je nach Art des Vergleichwerts, also je nachdem, ob es sich um einen Maximalwert oder einen Betriebslastwert handelt – nicht überschritten bzw. nicht unterschritten werden darf, wobei je nach der jeweils eingenommenen Verstellposition der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K ein zugehöriger Vergleichswert für den Vergleich herangezogen wird. Wenn beispielsweise vor dem Landeanflug die Landeklappe ausgefahren wird, kann die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 dabei eine Messung der Last mittels des Last-Sensors vornehmen und über den Vergleich ermitteln, ob dabei ein solche Überschreiten einer Maximallast oder ein Unterschreiten einer Betriebslast auftritt und im gegebenen Fall der jeweils betroffenen Führungsvorrichtung einen Fehler zuweisen. Daraufhin oder gleichzeitig kann die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 eine Rekonfiguration des Stellsystems vornehmen und dabei das Stellsystem 1 mittels der zumindest einen Bremsvorrichtung arretieren und/oder eine veränderte Landeflug-Betriebsart vorgeben, die sich bei den jeweils ermittelten Fehlerfall für den Landeanflug eignet.
Insbesondere kann in der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 eine Funktion realisiert sein, mit der die Führungsvorrichtungen einer Stellklappe in eine vorgegebene Stellposition gefahren werden und anschließend mittels der an der jeweiligen Führungsvorrichtung der Stellklappe eine erfindungsgemäße Last-Messung vornimmt, um gegebenenfalls einen Fehlerzustand an der jeweiligen Stellklappe zu ermitteln und gegebenenfalls eine Rekonfigurationsmaßnahme des Stellsystems einzuleiten. Die Messung kann bei ausgefahrener und auch bei eingefahrener Stellklappe vorgenommen werden.
Bei einem Hochauftriebsystem 1, bei dem die Aktuatoren 20 bzw. 120 der Führungsvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 über dezentrale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 über elektrische Leitungen kommandiert werden und bei dem zumindest zwei Aktuatoren 20 bzw. 120 an eine Stellklappe zur Betätigung derselben angeschlossen sind, kann vorgesehen sein, dass auf die Zuordnung des Zustands der Funktionsunfähigkeit (Fehlerfall A) an die jeweilige Führungsvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 durch die Führungsvorrichtungs-Fehlererkennungsfunktion die jeweilige Stellklappe A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 über nicht mehr betätigt wird. Zur Vermeidung von Steuerungs-Asymmetrien kann dabei weiterhin vorgesehen sein, dass die im Bezug auf die Flugzeugs-Längsachse symmetrisch zu der mit dem Fehlerfall betroffene Verstellklappe symmetrisch angeordnete Stellklappe ebenfalls nicht mehr betätigt wird. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine im Aktuator 20 bzw. 120 für diesen Fall vorgesehene Bremse B1, B2 zur Arretierung der Stellklappe A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 in seinem momentanen Verstellzustand betätigt wird.
Falls die Aktuatoren über eine gemeinsame Antriebs-Drehwelle 11, 12 angetrieben werden und die jeweiligen Bestandteile der Verstellkinematik VK mit einem Failsafe-Mechanik ausgestattet sind, kann von der Hochauftriebssystem-Rekonfigurationsfunktion vorgesehen sein, die betreffende Führungsvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 weiter betätigt wird.
Bei einem solchen Hochauftriebssystem mit einer Kommandierung von Aktuatoren der Führungsvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 über eine zentrale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 über elektrische Leitungen kann bei einer Zuordnung des Fehlerfalls B dieselbe Maßnahmen-Optionen wie im Fehlerfall A eingeleitet werden. Bei einem Hochauftriebssystem 1 gemäß 1, bei dem die Führungsvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 über Antriebs-Drehwellen 11, 12 mechanisch angetrieben werden, kann bei der Zuordnung des Fehlerfalls B an eine Führungsvorrichtung vorgesehen sein, dass das System über die Motorbremsen M1, M2 und/der die Flügelendbereichs-Bremse WTB blockiert wird, um System-interne Kräftekonflikte zu vermeiden.
Bei einem zentral, d. h. über Drehwellen 11, 12 angetriebenen Hochauftriebssystem 1 kann bei einer nicht zulässigen Abweichung der von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 ermittelten Soll-Positionen von den mittels der Positionssensoren 26 erfassten Ist-Positionen vorgesehen sein, dass die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 oder die Hochauftriebssystem-Rekonfigurationsfunktion ein Betätigungs-Signal an eine Flügelendbereichs-Bremse WTB sowie an die zumindest eine Brems-Vorrichtung B1, B2 zur Arretierung beider Wellenstränge 11, 12.
Bei dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Aktuatorhebel 131 des Drehaktuators 120 über das erste Gelenk 131 an die Antriebsstange 130 und diese wiederum über ein zweites Gelenk 132 an eine Anschlussvorrichtung 135 der Stellklappe K gekoppelt.
Eine Führungsvorrichtung A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K in der Ausführung als Dropped-Hinge-Kinematik oder als Track-Kinematik mit einem Drehaktuator 20, 120 kann insbesondere derart ausgelegt sein, dass bei Ausführung des maximalen Verstellwegs der Klappe das zweite Gelenk 32 bzw. 132 zwischen der Antriebsstange 30 bzw. 130 und der Stellklappe A1, A2; B1, B2 bzw. K um einen Winkelbereich verstellt wird, der weniger als 30% und vorzugsweise weniger als 50% des Winkelbereichs beträgt, um den dabei das erste Gelenk 31 bzw. 131 verstellt wird. Das heißt, dass bei einem maximalen Verstellweg der Klappe sich der Winkel zwischen der Antriebsstange 30 bzw. 130 und der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K um einen Betrag ändert, der um weniger als 30% und vorzugsweise weniger als 50% der Winkeländerung beträgt, die zwischen der Antriebsstange 30 bzw. 130 und dem Aktuatorhebel 22 bzw. 122 auftritt.
Der Last-Sensor S-D ist zur Messung von Lasten vorgesehen, die aufgrund von auf die Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K einwirkenden äußeren Kräften von der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K auf die Stell-Mechanismus SM übertragen werden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass mit dem Last-Sensor S-D das Erreichen oder Überschreiten einer Maximal-Last gemessen wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass mit dem Last-Sensor S-D das Unterschreiten und/oder Überschreiten einer Betriebslast gemessen wird. Diese tritt insbesondere bei einem „Disconnect” einer Verstellkinematik VK auf.
Nach einem Ausführungsbeispiel des Stellsystems bzw. Hochauftriebssystems 1 sind die Sensoren direkt mit einer „zentralen” und vorzugsweise zentral im Flugzeugrumpf angeordneten Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 verbunden, wobei die Signale der Last-Sensoren S-D zu der zentralen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 zur Auswertung übermittelt werden, in der die Vergleichsfunktion zum Vergleich der von den Last-Sensoren S-D erfassten Sensorsignalen mit Soll-Werten sowie auch die Auswertung mit einer Zuordnung eines Fehlerzustands an eine Führungsvorrichtung bei dem Vorliegen einer entsprechen Abweichung der miteinander verglichenen Werte implementiert ist (1). Weiterhin kann in der zentralen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 eine Rekonfigurationsfunktion implementiert sein, die aufgrund einer Zuordnung eines Fehlerzustands an eine Führungsvorrichtung Kommandos zu Rekonfiguration des Stellsystems 1 oder der Flugführungsvorrichtung des Flugzeugs erzeugt. Ein solches Kommando kann z. B. ein Kommando zur Aktivierung der Bremsvorrichtungen B1, B2, WTB des Stellsystems und/oder die Kommandierung einer Sicherheits-Betriebsart oder Back-Up-Betriebsart in der Flugführungsvorrichtung des Flugzeugs sein, z. B. eine gegenüber der normalen Landebetriebsart modifizierte Landebetriebsart, bei der die noch als intakt ansteuerbar angesehenen Stellklappen A1, A2, B1, B2 bzw. K in eine Stellung gefahren werden, die sich bei dem ermittelten Fehlerzustand und/oder einer dabei ermittelten Stellposition der Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K, an der die als fehlerhaft ermittelte Verstell-Vorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 des Hochauftriebssystems 1 angekoppelt ist, für die Landung in günstiger Weise eignet.
Nach dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel können de-zentrale oder lokale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtungen C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 vorgesehen sein, die vorzugsweise im Hauptflügel und in der Spannweitenrichtung derselben jeweils denjenigen Führungsvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 derselben Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K zugeordnet und vorzugsweise lokal in deren räumlicher Nähe angeordnet sind, die die lokale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 jeweils ansteuert. Dabei kann vorgesehen sein, dass in jede lokale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5-A1, C-A2, C-B1, C-B2 eine erfindungsgemäße Fehlererkennungsfunktion und Rekonfigurationsfunktion in Bezug auf die jeweils zugeordneten Führungsvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 aufweist. Bei einer solchen Realisierung ist weiterhin eine zentrale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 vorgesehen, die für jede der lokalen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtungen C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 Soll-Verstellpositionen ermittelt und kommandiert. Die zentrale Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 empfängt von den lokalen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5-A1, C-A2, C-B1, C-B2 die Zuordnung eines Fehlerzustands an eine Führungsvorrichtung oder die Führungsvorrichtungen A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22 einer Stellklappe A1, A2, B1, B2 bzw. K, wenn an diesen jeweils ein Fehler erkannt oder Sensorwert-Abweichung ermittelt worden ist.
Bei der Ausführungsform nach der 4 ist für jede Stellklappe A1, A2, B1, B2 jeweils eine Antriebsvorrichtung PA1, PA2, PB1, PB2 vorgesehen, von denen jede zumindest einen Motor und eine Bremsvorrichtung aufweisen kann. In der dargestellten Ausführungsform weist jede Antriebsvorrichtung PA1, PA2, PB1, PB2 zwei Motoren M-a, M-b und ein Getriebe auf, das mit den Ausgangsseiten des als Hydraulikmotor (Bezugszeichen H) ausgeführte erste Bremsvorrichtung M-a und des als Elektromotor M2 (Bezugszeichen E) ausgeführte zweite Bremsvorrichtung M-b derart gekoppelt ist, dass die von dem als Hydraulikmotor H ausgeführte und dem Elektromotor E jeweils bereitgestellten Leistungen summiert werden und an Antriebs-Drehwellen 24-a, 24-b übertragen werden. Die zumindest eine Brems-Vorrichtung ist funktional mit der jeweils zugeordneten de-zentralen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5-A1, C-A2, C-B1, C-B2 verbunden. Die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtungen C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 sind derart ausgeführt, dass diese bei vorbestimmten Bedingungen und insbesondere auf Zuordnung eines kritischen Fehlerzustands an eine der Komponenten des Stellsystems die zumindest eine Brems-Vorrichtung B-a, B-b betätigen und damit die Drehwellen-Antriebsstränge 24-a, 24-b arretieren kann. Die Antriebsvorrichtungen PA1, PA2, PB1, PB2 sind derart ausgeführt, dass der Ausfall einer der beiden Antriebsmotoren, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel z. B. der Hydraulikmotor H oder der Elektrikantrieb E, mit dem Effekt kompensiert werden kann, dass die Ausgangsleistung des Getriebes halbiert ist.
Die Integration des Last-Sensors S-D in dem Antriebshebel 130 ermöglicht eine Kabelführung zur funktionalen Verbindung des Last-Sensors S-D mit der jeweils zugeordneten Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5, C-A1, C-A2, C-B1, C-B2 über die jeweilige Stellklappe K und über zumindest eine der Lagervorrichtungen 141 dieser Stellklappe K in den Hauptflügel zu der jeweils zugeordneten Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5, C-A1, C-A2, C-B1, C-B2. Diese Ausführungsform der Kabelführung kann sowohl bei einer Lagervorrichtung mit einer „Track-Kinematik” als auch bei einer Lagervorrichtung mit einer „Dropped-Hinge-Kinematik” realisiert sein. Auf diese Weise wird eine Kabelführung über den Aktuator vermieden und eine Realisierung mit relativ einfachen Steckverbindungen zwischen Kabelabschnitten ermöglicht.
Diese Kabelführung ist in der 3 schematisch an Hand einer Lagervorrichtung 141 bei einer „Dropped-Hinge-Kinematik” dargestellt. Das Kabel 200 verläuft vom Lastsensor S-D entlang der Anschlussvorrichtung 135 und von dort über eine Öffnung in das Innere der Stellklappe K. Alternativ kann das Kabel 200 auch vom Gelenk 132 in einen Innenraum einer Anschlussvorrichtung 135 eingeführt und von dort in die Stellklappe K eingeführt werden. Innerhalb der Stellklappe K kann eine Sammelstelle 210 vorgesehen sein, an der das von dem Last-Sensor S-D kommende Kabel 200 mit einem oder mehreren weiteren Kabeln insbesondere zur Anbindung von Sensoren an die jeweilige Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung zusammengeführt werden, wie dies beispielsweise in der 2 dargestellt ist. Von dort wird das Kabel 200 über zumindest eine Gelenkstütze 145, 145a, 145b zu dem Lagergelenk 212 geführt, mit dem die Gelenkstütze an der Befestigungsstrebe 143 angelenkt ist. Dabei kann das Kabel 200 an der strukturellen Befestigung oder Ankopplung der die Gelenkstütze 145 oder eine Gelenkstrebe 145a, 145b derselben eine Steckerverbindung 211 zur Verbindung zweier Kabelabschnitte der Kabelleitung 200 aufweisen, um die Stellklappe K lösbar von der Gelenkstütze und somit von deren Lagervorrichtung zu realisieren. Die Kabelleitung 200 verläuft dann am Gelenk 144 vorbei entlang der Befestigungsstrebe 143 in das Innere des Hauptflügels H. Am Gelenk 144 kann wiederum eine Steckerverbindung von zwei Kabelabschnitten vorgesehen sein. Die Gelenkstütze 145, 145a, 145b und die Befestigungsstrebe 143 können einen Hohlraum mit einer Vorrichtung zur Kabelführung aufweisen, und die Kabelleitung 200 kann im Inneren der Gelenkstütze 145, 145a, 145b und im Inneren der Befestigungsstrebe 143 verlaufen. Der Hohlraum kann insbesondere durch ein Leerrohr realisiert sein, das an der Außenseite der Gelenkstütze 145, 145a, 145b und/oder der Befestigungsstrebe 143 angebracht, in der Gelenkstütze 145, 145a, 145b und/oder der Befestigungsstrebe 143 eingebaut oder an der Gelenkstütze 145, 145a, 145b und/oder der Befestigungsstrebe 143 strukturell integriert ist.
Bei einem Stellsystem mit lokalen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5-A1, C-A2, C-B1, C-B2 wird die Kabelleitung 200 zu derjenigen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5-A1, C-A2, C-B1, C-B2 geführt, die jeweils der betreffenden Klappe K zugeordnet ist. Bei einem Stellsystem mit einer zentralen Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 wird die Kabelleitung 200 zu derselben Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung 5 geführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 195209 [0005]
DE 3308301 B3 [0006]
EP 1604896 A1 [0007]
EP 1524188 A2 [0008]
WO 2005/024273 A1 [0008]

Claims

Stellsystem eines Flugzeugs, aufweisend eine Führungsvorrichtung (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) einer Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) mit einem Lastsensor (S1; S2) und eine Überwachungsvorrichtung (5) mit einer Funktion zur Überwachung der Führungsvorrichtung (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22), wobei in der Überwachungsvorrichtung (5) eine Schnittstelle zu dem Lastsensor (S1; S2) und eine Schnittstelle zu einer Antriebsvorrichtung (P; PA1, PA2, PB1, PB2) zur Verstellung der Stellklappe integriert ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Überwachungsvorrichtung (5) derart ausgeführt ist, während des Flugeinsatzes eine Information festzustellen oder zu empfangen, die aktuell einen vorbestimmten Flugzustand und/oder einen vorbestimmten Betriebszustand des Flugzeugs signalisiert, – dass die Überwachungsvorrichtung (5) eine Vergleichsfunktion aufweist zur Durchführung eines Vergleichs zwischen einem Wert für eine Belastung entsprechend eines von dem Last-Sensor erfassten Sensorwertes und einem einer für den vorbestimmten Flugzustand und/oder den vorbestimmten Betriebszustand des Flugzeugs minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwert, – dass die Überwachungsfunktion derart ausgeführt ist, dass diese bei Feststellung des Vorliegens des vorbestimmten Flugzustands und/oder des vorbestimmten Betriebszustands des Flugzeugs aufgrund einer aus dem Vergleich resultierenden Feststellung einer Unterschreitung des minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwertes der Stellklappe einen Fehlerzustand zuordnet.
Stellsystem nach dem der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Flugzustand und/oder Betriebszustand des Flugzeugs vorliegt, wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: – die Überwachungsfunktion stellt während des Flugeinsatzes fest oder empfängt die Information, dass die Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) in eine von mehreren anwählbaren Stellungen für die Zuordnung des Fehlerzustands speziell vorbestimmte Stellung bewegt wird und/oder bewegt worden ist und/oder – zumindest eine vorbestimmte Zeit nach dem Erzeugen eines Stellkommandos an die Antriebsvorrichtung (P; PA1, PA2, PB1, PB2) zum Bewegen der Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) in eine von mehreren anwählbaren Stellungen für die Zuordnung des Fehlerzustands speziell vorbestimmte Stellung und/oder – die Überwachungsfunktion stellt während des Flugeinsatzes fest oder empfängt die Information, dass ein vorbestimmter aerodynamischer Anstellwinkel oder Beladungszustand oder Fluggewicht vorliegt.
Stellsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als einer minimalen Betriebslast entsprechender Grenzwert auf einen Wert festgelegt ist, der unter 70% der für den Flugbetrieb zulässigen Maximallast an der Stelle des Last-Sensors beträgt.
Stellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (5) derart ausgeführt ist, dass diese bei Zuordnung eines Fehlerzustands an eine Stellklappe diese Stellklappe während desselben Flugeinsatzes nicht mehr ansteuert.
Stellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (5) die Feststellung des Vorliegens eines vorbestimmten Flugzustands durch einen Vergleich von vorgegebenen Flugzustandsdaten mit erfassten Flugzustandsdaten ermittelt.
Stellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der einer minimalen Betriebslast entsprechende Grenzwert den Wert einer während desselben Flugeinsatzes mittels des zumindest einen Last-Sensors (S1; S2) ermittelten Last im Reiseflug an der Stelle des Last-Sensors hat.
Stellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (5) derart ausgeführt ist, dass die Vergleichsfunktion sowohl einen Vergleich durchführt zwischen einem von dem Last-Sensor erfassten Sensorwert und einem einer minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwert als auch einen Vergleich zwischen einem von dem Last-Sensor erfassten Sensorwert und einem einer maximalen Betriebslast entsprechenden zweiten Grenzwert, und dass die Überwachungsfunktion derart ausgeführt ist, dass die Überwachungsfunktion bei Feststellung des Vorliegens des vorbestimmten Flugzustands und/oder des vorbestimmten Betriebszustands des Flugzeugs aufgrund einer aus dem Vergleich resultierenden Feststellung einer Unterschreitung des einer minimalen Betriebslast entsprechenden Grenzwertes oder der resultierenden Feststellung einer Überschreitung des einer maximalen Betriebslast entsprechenden Grenzwertes der Stellklappe einen Fehlerzustand zuordnet.
Stellsystem nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der einer minimalen Betriebs-Last entsprechende erste Grenzwert und der einer maximalen Betriebslast entsprechende Grenzwert jeweils derart festgelegt ist, dass der erste Grenzwert um mehr als die Hälfte geringer ist als der zweite Grenzwert für die maximale Betriebslast.
Stellsystem für eine Stellklappe eines Flugzeugs nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das Stellsystem aufweist: – zumindest eine Antriebsvorrichtung (P; PA1, PA2, PB1, PB2) zum Verstellen von Stellklappen (A1, A2; B1, B2), – zumindest zwei in Spannweiten-Richtung der Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) voneinander beabstandete Führungsvorrichtungen (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) zur Verstellung der Stellklappen (K; A1, A2; B1, B2), wobei jede Führungsvorrichtung aufweist: einen Aktuator (20), einen Übertragungsmechanismus (UM) zur Übertragung der Leistung der jeweils zugeordneten Antriebsvorrichtung (P; PA1, PA2, PB1, PB2) und einen Stell-Mechanismus (SM) zur kinematischen Kopplung des Aktuators (20) an die Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2), wobei an zumindest einer Führungsvorrichtung (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) von zumindest einer Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) zugeordneten Führungsvorrichtungen zumindest ein mit der Überwachungsvorrichtung (5) funktional verbundener Last-Sensor (S1; S2) an zumindest einer Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) des Stellsystems und an zumindest einer Führungsvorrichtung (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) zur Feststellung einer Unterschreitung einer Betriebslast angeordnet ist.
Stellsystem nach dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsystem (1) an jedem Tragflügel zumindest zwei Stellklappen (K; A1, A2; B1, B2) aufweist, wobei an derjenigen Stellklappe, die dem Rumpf am nächsten liegt, ein erster Last-Sensor (S1; S2) an derjenigen Führungsvorrichtung (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) angeordnet ist, die dem Flugzeugrumpf an nächsten liegt, und wobei an derjenigen Stellklappe, die vom Rumpf am weitesten entfernt liegt, ein zweiter Last-Sensor (S1; S2) an derjenigen Führungsvorrichtung (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) angeordnet ist, die vom Rumpf am weitesten entfernt liegt.
Stellsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (5) eine Funktion aufweist, die derart ausgeführt ist, dass diese der Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) bei dem Bewegen der Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) in eine vorbestimmte Stellung einen Fehlerzustand zuordnet, wenn der von dem Last-Sensor ermittelte Sensorwert einen einer minimalen Betriebslast entsprechenden ersten Grenzwert unterschreitet oder einen einer maximalen Betriebslast entsprechenden zweiten Grenzwert überschreitet.
Stellsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Führungsvorrichtungen (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) jeweils ein mit der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung (5) funktional verbundener Positionssensor zur Erfassung der Stellposition der Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) angeordnet ist und dass die Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung (5) derart ausgeführt ist, dass diese die von den Positions-Sensoren ermittelten Werte miteinander vergleicht und dass diese der Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) bei dem Bewegen der Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) in eine vorbestimmte Stellung einen Fehlerzustand zuordnet, wenn bei dem Vergleich die Differenz zwischen den Werten der Positionssensoren einen Mindestdifferenzbetrag überschreitet und wenn der von dem Last-Sensor ermittelte Sensorwert einen einer minimalen Betriebslast entsprechenden ersten Grenzwert unterschreitet oder einen einer maximalen Betriebslast entsprechenden zweiten Grenzwert überschreitet.
Stellsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Last-Sensor (S1; S2) an der Eingangsseite oder der Ausgangsseite (32) des Aktuators (20) der Führungsvorrichtung zur Erfassung der an der Ausgangsseite (32) des Aktuators (20) aufgrund der Betätigung der Verstellklappe (A1, A2; B1, B2) auftretenden Last angeordnet ist.
Stellsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Last-Sensor ein Sensor zur Messung der in einer Antriebsstange auftretenden Längskraft ist, die zwischen dem Aktuator und der Verstellklappe zur Verstellung derselben aufgrund der Stellbewegung des Aktuators angeordnet ist.
Stellsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jede Führungsvorrichtung (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) eine Antriebsstange aufweist, über die der Aktuator an der Verstellklappe (A1, A2; B1, B2) angekoppelt ist, und dass der Last-Sensor in einem Verbindungsbolzen zur Kopplung der Antriebsstange mit der Verstellklappe angeordnet und derart ausgeführt ist, dass dieser eine in dem Bolzen aufgrund von der Verstellklappe ausgeübten Kraft verursachten Querkraft gemessen wird.
Stellsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Last-Sensor ein Sensor zur Messung eines an einer Ausgangswelle des Aktuators auftretenden Drehmoments ist, die zur Ausführung einer Stellbewegung des Aktuators zur Verstellung der Verstellklappe vorgesehen ist.
Stellsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Führungsvorrichtung einer Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) eine Mehrzahl von Last-Sensoren angeordnet ist, wobei für die Ermittlung der Überschreitung und/oder Unterschreitung eines Grenzwertes der Sensorwert von einem der Last-Sensoren oder die Sensorwerte von mehreren der Last-Sensoren verwendet wird.
Stellsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, das fehlertolerante Stellsystem eine zentrale Antriebseinheit (7) aufweist, die von der Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung (5) angesteuert wird und die mit den Führungsvorrichtungen (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) jedes Flügels über eine Drehwelle (11, 12) zu deren Betätigung mechanisch gekoppelt ist.
Stellsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, – dass an der zumindest einen Klappe (K; A1, A2; B1, B2) jedes Tragflügels jeweils zumindest zwei Führungsvorrichtungen (A11, A12, A21, A22; B11, B12, B21, B22) angeschlossen und voneinander in Spannweiten-Richtung der Klappe (A1, A2; B1, B2) beabstandet angeordnet sind, wobei die Führungsvorrichtungen (A11, A12, A21, A22; B11, B12, B21, B22) über jeweils eine Antriebs-Verbindung an die der Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) jeweils zugeordnete Antriebsvorrichtung (PA1, PA2, PB1, PB2) angekoppelt sind, und – dass das fehlertolerante Stellsystem zum Antrieb der Führungsvorrichtungen Antriebsvorrichtungen (PA1, PA2, PB1, PB2) aufweist, von denen jeweils eine jeder Verstellklappe (A1, A2; B1, B2) zugeordnet ist und die mit einer diese ansteuernden Steuerungs- und Überwachungsvorrichtung (5) funktional in Verbindung stehen.
Stellsystem nach einem der voranstehenden Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtungen (A11, A12, B11, B12, A21, A22, B21, B22) aus einer Lagerungsvorrichtung und einer Stellvorrichtung gebildet ist und dass die Stellvorrichtung aufweist: den Aktuator (20), den Übertragungsmechanismus (UM) zur Übertragung der Leistung der jeweils zugeordneten Antriebsvorrichtung (P; PA1, PA2, PB1, PB2) und den Stell-Mechanismus (SM) zur kinematischen Kopplung des Aktuators (20) an die Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2).
Verfahren zur Rekonfiguration eines Stellsystems mit verstellbaren Stellklappen mit den Schritten: – während jedes/eines Flugeinsatzes beim Bewegen der Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) in eine vorbestimmte Stellung oder bei einem Erzeugen eines Stellkommandos zum Bewegen der Stellklappe oder bei Feststellung des Vorliegens eines vorbestimmten Flugzustands Durchführung eines Vergleichs zwischen einem Wert für eine Belastung entsprechend eines von dem einer Stellklappe zugeordneten Last-Sensor erfassten Sensorwertes und einem einer minimalen Betriebslast entsprechenden ersten Grenzwert und – Zuordnung eines Fehlerzustands der Stellklappe (K; A1, A2; B1, B2) bei Unterschreitung dieses Grenzwertes.