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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Fly-by-Wire-Steuersäulen, insbesondere ein Steuersystem mit ersten und zweiten Steuersäulen zum Empfangen von Nick- und Rollsteuereingaben von einem Piloten für ein Luftfahrzeug sowie eine Steuersäule, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und 19.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Flugzeuge und andere Luftfahrzeuge weisen typischerweise eingebaute Redundanz wie z. B. die Fähigkeit auf, von einem Piloten oder Kopiloten geflogen zu werden. Als solches beinhaltet das Luftfahrzeug typischerweise ein Paar Steuereingabevorrichtungen für die Piloten, um Steuerbefehle an das Luftfahrzeug einzugeben. Diese Steuereingabevorrichtungen werden oft als Steuersäulen bezeichnet. Die Steuersäulen können durch den Piloten verwendet werden, um Steuerbefehle einzugeben, die das Nicken und Rollen des Luftfahrzeugs beinhalten, sowie es durch die Luft fliegt.
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Typischerweise beinhaltet jede Steuersäule einen Knüppel, den der Pilot betätigt, um ein gewünschtes Steuersignal zu erzeugen, das sich auf den gewünschten Betrag des Nickens oder Rollens für das Luftfahrzeug bezieht.
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Um dem anderen Piloten fühlbare Hinweise bereitzustellen, sind die Steuersäulen typischerweise derart zusammengekoppelt, dass Änderungen in der Stellung eines der Knüppel in denselben oder ähnlichen Änderungen in der Stellung des anderen Knüppels der Steuersäule resultieren. In der Vergangenheit wurde diese Kopplung durch ein kompliziertes System von Seilrollen vorgenommen, die durch den Boden des Cockpits hindurchtraten.
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Gattungsgemäße Steuersysteme zum Empfangen von Nick- und Rollsteuereingaben von einem Piloten für ein Luftfahrzeug sind beispielsweise aus
US 4 473 203 A bekannt, mit einem Steurknüppel für die Co-Piloten eines Flugzeugs, der mit dem Steuerknüppel des Piloten über ein Kupplungsgestänge gekoppelt ist.
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GB 126 568 A offenbart eine Steuervorrichtung in einem Flugzeug, wobei ein zusätzlicher Fußhebel für eine lösbare Verriegelung vorgesehen ist, der mit zwei Handhebeln zum Lösen der Verriegelungsmittel über eine Stange verbunden ist.
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US 3 902 379 A zeigt eine lösbare Verbindung für ein mechanisches Flugzeug-Flugsteuersystem, wobei ein Bedienelement die Entkopplung und Einkopplung einer sekundären Flugsteuerung insbesondere während Notfallbedingungen ermöglicht.
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US 2009/0 314 901 A1 beschreibt ein Steuersystem zum Anordnen von Übertragungsgliedern in erforderlichen Positionen mit zwei Steuersäulen, die den Sterungselementen zugewiesen sind, wobei jeder Steuerknüppel zwei Freiheitsgrade aufweist.
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WO 94/19 238 A2 offenbart einen Steuermechanismus für Luftfahrzeuge mit einem vertikal verlaufenden Element mit einer Querstange, welche mit ihrem oberen Ende befestigt ist und ein Paar von bogenförmigen unteren Elementen, die sich von der Querstange in Richtung des vorderen Endes des Flugzeugs mit einem einstellbaren Positionierarm an jedem unteren Element nach hinten erstreckt, der einen Handgriff zur Steuerung des Flugzeugs aufweist.
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Unglücklicherweise würde, wenn es ein Problem in einer der Steuersäulen gab, das gesamte Luftfahrzeug zur Wartung hereingenommen werden müssen, weil die Steuersäule aufgrund des Systems von Seilen nicht entfernt werden konnte. Ferner sorgte das komplexe Seilrollensystem für gesteigerte Wartungskosten.
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Die Aufgabe der Erfindung betrifft Verbesserungen auf dem Fachgebiet der Steuersäulen, insbesondere austauschbare Einrichtungen, um die zwei Steuersäulen möglichst einfach entkoppeln zu können, beispielsweise wenn eine der Steuersäulen ausfällt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 19 gelöst.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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In einem Aspekt stellt die Erfindung ein neues und verbessertes Steuereingabesystem für ein Luftfahrzeug bereit. Erfindungsgemäß beinhaltet das System ein Paar Steuersäulen, die derart selektiv verbunden sind, dass Betätigung einer der Steuersäulen auf die andere der Steuersäulen übertragen wird. Erfindungsgemäß beinhaltet das System eine Trennanordnung für jeden der Freiheitsgrade (Nicken und Rollen) des Systems, die die beiden Steuersäulen betrieblich derart trennt, dass die zwei Steuerknüppel unabhängig arbeiten können, wie z. B. im Falle eines Ausfalls einer der Steuersäulen. In einem weiteren Aspekt einiger Ausführungsformen kann das System auch einen unstetigen Kraftverlauf für einen Rückstellkraftmechanismus beinhalten, der den Piloten fühlbare Rückmeldung bereitstellt, die den Widerstand simuliert, der durch Steuerflächen des Luftfahrzeugs bereitgestellt wird. In einem weiteren Aspekt anderer Ausführungsformen kann das System auch einen Autopilotenverriegelungsmechanismus beinhalten, der den Kraftverlauf erhöht, der durch die Piloten wahrgenommen wird, wenn in die Autopilotenbetriebsart übergegangen worden ist.
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Erfindungsgemäß wird ein Steuersystem bereitgestellt, das erste und zweite Steuersäulen und Roll- und Nickverbindungsstangen beinhaltet. Die ersten und zweiten Steuersäulen empfangen Nick- und Rollsteuereingaben von einem Piloten für ein Luftfahrzeug. Jede Steuersäule weist einen Steuergriff auf, der entlang einer Nickachse beweglich ist, um die Nicksteuereingabe an das Luftfahrzeug einzustellen, und entlang einer Rollachse beweglich ist, um die Rollsteuereingabe an das Luftfahrzeug einzustellen. Eine Rollverbindungsstange koppelt die ersten und zweiten Steuersäulen betrieblich zur koordinierten Bewegung der Steuergriffe entlang jeder Steuergriffrollachse, wenn einem der Steuergriffe eine Eingabe bereitgestellt wird. Eine Nickverbindungsstange koppelt die ersten und zweiten Steuersäulen betrieblich zur koordinierten Bewegung der Steuergriffe entlang jeder Steuergriffnickachse, wenn einem der Steuergriffe eine Eingabe bereitgestellt wird.
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Erfindungsgemäß ist zwischen dem Griff der ersten Steuersäule und dem Griff der zweiten Säule für ein aus Nicken oder Rollen Ausgewähltes eine Trennvorrichtung eingefügt. Die Trennvorrichtung weist einen gekoppelten Zustand, der die Griffe zur koordinierten Bewegung entlang einer aus der Nickachse oder Rollachse Ausgewählten fest koppelt, die dem aus Nicken oder Rollen Ausgewählten entspricht, und einen entkoppelten Zustand auf, in dem die Trennvorrichtung die Griffe nicht fest koppelt, sodass Bewegung eines Griffs entlang der aus der Nickachse oder Rollachse Ausgewählten nicht auf den anderen Griff übertragen wird.
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Erfindungsgemäß beinhaltet die Trennvorrichtung ein Schwenkverbindungsstück, das betrieblich mit dem Griff einer der Steuersäulen zur Bewegung um eine Schwenkachse gekoppelt ist; ein Verbindungsstück, das schwenkbar mit dem Schwenkverbindungsstück um eine Freigabeachse gekoppelt ist, die gegenüber der Schwenkachse versetzt ist; und ein Gabelverbindungsstück, das relativ zum Schwenkverbindungsstück um die Schwenkachse schwenkbar ist, wobei das Gabelverbindungsstück mit dem Verbindungsstück selektiv eingriffsfähig ist, um das Gabelverbindungsstück relativ zum Schwenkverbindungsstück zu fixieren, wobei das Gabelverbindungsstück betrieblich mit der Nickverbindungsstange gekoppelt ist.
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In einem weiteren spezielleren Aspekt ist zwischen dem Schwenkverbindungsstück und dem Verbindungsstück eine Riegelanordnung bereitgestellt, wobei im gekoppelten Zustand die Riegelanordnung das Verbindungsstück in Eingriff mit dem Gabelverbindungsstück vorbelastet. Ein Trennvorbelastungselement kann bereitgestellt sein, das das Verbindungsstück vom Gabelverbindungsstück fort vorbelastet, um im entkoppelten Zustand das Verbindungsstück vom Gabelverbindungsstück zu trennen.
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In einer Ausführung beinhaltet die Riegelanordnung eine Schwenkarretierung und eine Vorspannfeder. Die Vorspannfeder erstreckt sich zwischen der Schwenkarretierung und dem Verbindungsstück. Im gekoppelten Zustand ist die Schwenkarretierung in einer ersten Stellung und spannt die Vorspannfeder, um das Verbindungsstück in Eingriff mit dem Gabelverbindungsstück vorzubelasten. Im entkoppelten Zustand ist die Schwenkarretierung in einer zweiten Stellung und verringert die Spannung der Vorspannfeder, um zu ermöglichen, dass das Verbindungsstück vom Gabelverbindungsstück entkoppelt wird.
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In einem anderen Merkmal ist ein Trennvorbelastungselement bereitgestellt. Das Trennvorbelastungselement belastet im entkoppelten Zustand das Verbindungsstück vom Gabelverbindungsstück fort vor, um das Verbindungsstück vom Gabelverbindungsstück zu trennen, wenn die Schwenkarretierung in der zweiten Stellung ist.
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In einem anderen Merkmal beinhaltet das Verbindungsstück ein Paar in einem Abstand voneinander angeordnete Rollen, wobei im gekoppelten Zustand ein distales Ende des Gabelverbindungsstücks zwischen dem Paar Rollen aufgenommen ist. Das distale Ende des Gabelverbindungsstücks beinhaltet eine sich verjüngende Zunge. Dabei ist das Verbindungsstück elastisch auf das Gabelverbindungsstück zu vorbelastet.
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In einer spezielleren Ausführungsform greift im gekoppelten Zustand ein Elektromagnet selektiv in die Schwenkarretierung ein und hindert die Schwenkarretierung daran, aus der ersten Stellung in die zweite Stellung überzugehen. Der Elektromagnet wird derart eingeschaltet, dass er aus der Schwenkarretierung ausrückt, wobei der Schwenkarretierung ermöglicht wird, aus der ersten Stellung in die zweite Stellung überzugehen, wobei der Trennvorrichtung ermöglicht wird, in den entkoppelten Zustand überzugehen. Um die Trennvorrichtung in den gekoppelten Zustand zurückzuführen, wird auf die Schwenkarretierung eine Rückstellkraft ausgeübt, um die Schwenkarretierung in die erste Stellung zurück zu überführen. Dann wird der Elektromagnet derart ausgeschaltet, dass der Elektromagnet wieder in die Schwenkarretierung eingreift, um deren Stellung zu fixieren. Die Rückstellkraft wird typischerweise durch eine äußere Handkraft bereitgestellt. Durch Erfordern einer Hand-Rückstell-(z. B. -Zurücksetz-)-kraft ist ein Mechaniker informiert, dass Wartung durchzuführen ist und das Problem, das die anfängliche Trennung erforderte, angegangen werden muss. Diese Rückstellkraft könnte durch ein Seil bereitgestellt sein, das mit der Schwenkarretierung verbunden ist. Jedoch könnte in alternativen Ausführungsformen eine automatisierte Rückführung verwendet werden, um die Schwenkarretierung in die erste Stellung zurück zu überführen, wie z. B. durch einen Elektromagneten, der derselbe Elektromagnet sein könnte, wie zuvor erwähnt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Autopilotenverriegelungsmechanismus bereitgestellt. Der Autopilotenverriegelungsmechanismus ist einem aus Nicken oder Rollen Ausgewählten zugeordnet. Der Autopilotenverriegelungsmechanismus stellt erhöhten Widerstand bereit, der überwunden werden muss, um die ersten und zweiten Steuersäulen entlang der aus der Nickachse oder Rollachse Ausgewählten zu betätigen, wenn der Autopilot aktiviert ist.
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In einer spezielleren Ausführung beinhaltet die Autopilotenverriegelung erste und zweite Autopilotenplatten, die um eine Autopilotenachse schwenkbar sind; eine Autopilotenwiderstandsfeder, die die Enden der ersten und zweiten Autopilotenplatten um die Autopilotenachse winklig aufeinander zu vorbelastet; ein Hauptverbindungsstück, das um die Autopilotenachse schwenkbar ist, wobei die Verbindungsstange durch das Hauptverbindungsstück mit dem Steuerknüppel gekoppelt ist, wobei das Hauptverbindungsstück betrieblich in die erste Autopilotenplatte eingreift, wenn sie winklig in einer ersten Richtung gedreht wird, und betrieblich in die zweite Autopilotenplatte eingreift, wenn sie winklig in einer zweiten Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung gedreht wird; und eine Masseschlussanordnung, die, wenn der Autopilot aktiviert ist, die zweite Autopilotenplatte selektiv an Masse legt, wenn das Hauptverbindungsstück in der ersten Richtung gedreht wird, und die erste Autopilotenplatte selektiv an Masse legt, wenn das Hauptverbindungsstück in der zweiten Richtung gedreht wird.
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In einer Ausführungsform beinhaltet das Hauptverbindungsstück eine Eingriffszunge, die winklig zwischen den ersten und zweiten Autopilotenplatten eingefügt ist. Die Eingriffszunge greift winklig in die ersten und zweiten Autopilotenplatten ein, wenn das Hauptverbindungsstück in den ersten bzw. zweiten Richtungen gedreht wird. In einer Ausführungsform beinhaltet die Masseschlussanordnung einen Verriegelungsarm, der einen Anschlag beinhaltet, der mindestens, wenn der Autopilot aktiviert ist, winklig zwischen den ersten und zweiten Autopilotenplatten eingefügt ist. Der Anschlag greift in die ersten und zweiten Autopilotenplatten ein, wenn die ersten und zweiten Autopilotenplatten an Masse gelegt sind.
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Der Verriegelungsarm ist übergehend zwischen einer Verriegelstellung, wenn der Autopilot aktiviert ist, und einer Lösestellung, wenn der Autopilot nicht aktiviert ist. In der Verriegelstellung greift der Anschlag in die erste Autopilotenplatte ein, wenn sich das Hauptverbindungsstück in der zweiten Richtung dreht, und greift in die zweite Autopilotenplatte ein, wenn sich das Hauptverbindungsstück in der ersten Richtung dreht. In der Lösestellung greift der Anschlag weder in die ersten noch die zweiten Autopilotenplatten ein, wenn das Hauptverbindungsstück um die Autopilotenachse gedreht wird.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung beinhaltet das System eine Nicktrennvorrichtung, die zwischen dem Griff der ersten Steuersäule und dem Griff der zweiten Säule eingefügt ist. Die Nicktrennvorrichtung weist einen gekoppelten Zustand, der die Griffe zur koordinierten Bewegung entlang jeder Steuergriffnickachse fest koppelt, und einen entkoppelten Zustand auf, in dem die Nicktrennvorrichtung die Griffe derart entkoppelt, dass Bewegung eines Griffs entlang der Nickachse des Griffs nicht auf den anderen Griff übertragen wird. Ferner beinhaltet das System eine Rolltrennvorrichtung, die zwischen dem Griff der ersten Steuersäule und dem Griff der zweiten Säule eingefügt ist. Die Rolltrennvorrichtung weist einen gekoppelten Zustand, der die Griffe zur koordinierten Bewegung entlang jeder Steuergriffrollachse fest koppelt, und einen entkoppelten Zustand auf, in dem die Rolltrennvorrichtung die Griffe derart entkoppelt, dass Bewegung eines Griffs entlang der Rollachse des Griffs nicht auf den anderen Griff übertragen wird.
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In einer spezielleren Ausführung beinhaltet die erste Steuersäule die Nicktrennvorrichtung und beinhaltet die zweite Steuersäule die Rolltrennvorrichtung.
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Und in einer noch spezielleren Ausführung sind die ersten und zweiten Steuersäulen austauschbare Gerätemodule (line replacable unit).
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung nutzt lediglich eine einzelne Steuersäule, und die Steuersäule ist ein austauschbares Gerätemodul. Als solches bildet die gesamte Funktionalität der Steuersäule eine einzelne eigenständige Einheit. Als solches sind als Minimum die Fühlzentrier-(z. B. Kraftrückstell-)-mechanismen und die Stellungssensoren (z. B. zum Ermitteln der Piloteneingaben) als einzelne Einheit gebildet, die aus dem Cockpit entfernbar ist.
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In einer spezielleren Ausführungsform ist eine Steuersäule bereitgestellt, die einen Steuerknüppel, der um eine Nickachse und eine Rollachse schwenkbar ist; mehrere Sensoren, die betrieblich mit dem Steuerknüppel gekoppelt sind, um Änderungen in der Stellung des Steuerknüppels um die Nickachse und die Rollachse zu erkennen; eine Nickrückstellkraftanordnung, die Bewegung des Steuerknüppels aus einer Neutralstellung um die Nickachse entgegenwirkt; eine Rollrückstellkraftanordnung umfasst, die Bewegung des Steuerknüppels aus einer Neutralstellung um die Rollachse entgegenwirkt; und wobei die Steuersäule ein austauschbares Gerätemodul ist.
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In einer spezielleren Ausführungsform umfasst die LRU-Steuersäule (Line-Replaceable Unit, austauschbares Gerätemodul) einen Nickautopilotenverriegelungsmechanismus und einen Rollautopilotenverriegelungsmechanismus. Der Nickautopilotenverriegelungsmechanismus erhöht den Widerstand, der der Bewegung des Steuerknüppels aus der Neutralstellung um die Nickachse entgegenwirkt, wenn der Autopilot aktiviert ist. Der Rollautopilotenverriegelungsmechanismus erhöht den Widerstand, der der Bewegung des Steuerknüppels aus der Neutralstellung um die Rollachse entgegenwirkt, wenn der Autopilot aktiviert ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuersäule eine LRU, die ferner einen Autopilotenverriegelungsmechanismus beinhaltet, der einem aus Nicken oder Rollen Ausgewählten zugeordnet ist. Der Autopilotenverriegelungsmechanismus stellt erhöhten Widerstand bereit, der überwunden werden muss, um die Steuersäulen entlang der aus der Nickachse oder Rollachse Ausgewählten zu betätigen, wenn der Autopilot aktiviert ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuersäule eine LRU, die ferner eine Trennvorrichtung beinhaltet, die mit dem Steuerknüppel für ein aus Nicken oder Rollen Ausgewähltes gekoppelt ist. Die Trennvorrichtung weist einen Eingabeabschnitt, der mit dem Steuerknüppel gekoppelt ist, und einen Ausgabeabschnitt auf, der betrieblich mit einer Verbindungsstange koppelbar ist, um Eingabesteuersignale vom Steuerknüppel zu einer separaten Steuersäule zu übertragen. Die Trennvorrichtung weist einen gekoppelten Zustand auf, der den Eingabeabschnitt fest mit dem Ausgabeabschnitt koppelt. In einem entkoppelten Zustand ist der Eingabeabschnitt nicht fest mit dem Ausgabeabschnitt gekoppelt, sodass Bewegung des Steuergriffs nicht zum Ausgabeabschnitt übertragen wird und Bewegung des Ausgabeabschnitts nicht zum Steuergriff übertragen wird.
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Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die beiliegenden Zeichnungen, die in die Spezifikation einbezogen sind und einen Teil derselben bilden, stellen mehrere Aspekte der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen
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ist 1 eine perspektivische Darstellung eines Steuereingabesystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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ist 2 eine Teildarstellung des Eingabesystems nach 1;
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ist 3 eine Teildarstellung einer Steuersäule des Steuereingabesystems nach 1;
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sind 4 und 5 Nahteildarstellungen der Steuersäule nach 3;
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sind 6 und 7 Teildarstellungen einer Trennvorrichtung in gekoppelten und entkoppelten Zuständen;
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sind 8 und 9 Teildarstellungen der anderen Steuersäule des Steuereingabesystems nach 1;
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sind 10 und 11 Teildarstellungen einer Rückstellkraftanordnung, die einen unstetigen Kraftverlauf bereitstellt;
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ist 12 ein vereinfachter Graph, der einen Kraftverlauf veranschaulicht, der für die Rückstellkraftanordnung nach 10 und 11 bereitgestellt ist;
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sind 13–17 vereinfachte Teildarstellungen eines Autopilotenverriegelungsmechanismus;
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ist 18 eine Explosionsansicht der Trennvorrichtung nach 6 und 7.
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Obgleich die Erfindung in Verbindung mit gewissen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, besteht keinerlei Absicht, sie auf jene Ausführungsformen zu beschränken. Es besteht im Gegensatz dazu die Absicht, alle Alternativen, Modifikationen und Entsprechungen abzudecken, wie sie in Geist und Umfang der Erfindung beinhaltet sind, wie durch die angehängten Ansprüche definiert.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 stellt ein Luftfahrzeugsteuereingabesystem 100 (nachstehend „Steuersystem 100”) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Das Steuersystem 100 wird durch den Piloten und Kopiloten verwendet, um Steuersignale an das Luftfahrzeug einzugeben. Zum Beispiel wird das Steuersystem 100 durch den Piloten und Kopiloten verwendet, um, neben anderen Dingen, das Nicken und Rollen des Luftfahrzeugs zu steuern. Die dargestellte Ausführungsform wird insofern als „F1y-by-Wire”-Einheit angesehen, als das Steuersystem 100 mehrere Sensoren beinhaltet, die Betätigungen des Steuersystems 100 durch die Piloten erkennen und jene Betätigungen in elektrische Signale umwandeln. Die elektrischen Signale werden dann zu den eigentlichen Vorrichtungen des Luftfahrzeuges gesendet, die das Nicken oder Rollen des Luftfahrzeugs durch Einstellen der Stellung der Steuerflächen des Luftfahrzeugs einstellen. Dies ist anders als ältere Systeme, bei denen das Steuersystem mehrere Seile und Seilrollen beinhaltete, die das Steuersystem direkt mit den Steuerflächen des Luftfahrzeugs koppelten.
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In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet das Steuersystem 100 eine Pilotensteuersäule 102 und eine Kopilotensteuersäule 104. Somit hat jeder des Piloten und Kopiloten seine eigene Steuersäule zum Eingeben von Steuersignalen an das Luftfahrzeug. Die Pilotensteuersäule 102 und Kopilotensteuersäule 104 sind derart verbunden, das Steuersignale, die an eine der Steuersäulen 102, 104 eingegeben werden, bewirken, dass die andere der Steuersäulen 104, 102 ebenfalls betätigt wird. Insbesondere bewirkt, wenn der Pilot die Pilotensteuersäule 102 bewegt, die Verbindung zwischen den zwei Steuersäulen 102, 104, dass sich die Kopilotensteuersäule 104 einen selben Betrag bewegt.
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Die Verbindung zwischen den zwei Steuersäulen 102, 104 ist durch ein Paar Druck-Zug-Stangen in der Form von Nickverbindungsstange 106 und Rollverbindungsstange 108 bereitgestellt. Eine Verbindungsstange in der hier verwendeten Weise ist eine steife Stange, die für beide Druck-Zug-Fähigkeiten sorgt. Die Nickverbindungsstange 106 überträgt Betätigungen in der Nickeingabe zwischen den zwei Steuersäulen 102, 104. Die Rollverbindungsstange 108 überträgt Betätigungen in der Rolleingabe zwischen den zwei Steuersäulen 102, 104. Die Verbindungsstangen 106, 108 werden als Druck-Zug-Stangen angesehen, weil die Verbindungsstangen 106, 108 Kraft durch entweder Zugbelastung oder Druckbelastung übertragen können. Diese Verbindungsstangen 106, 108 können durch Zugstäbe derart bereitgestellt sein, dass das Gestänge leicht kalibriert/eingestellt werden kann.
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Durch Verwenden der steifen Verbindungsstangen 106, 108 braucht lediglich eine einzelne Kopplung für Nicken bereitgestellt zu werden und braucht lediglich eine einzelne Kopplung für Rollen bereitgestellt zu werden. In der Vergangenheit wären bei flexiblen Seilen zwei Kopplungen für jede Steuereingabe erforderlich gewesen, weil die flexiblen Seile stets unter Zugbelastung gehalten werden müssten. Typischerweise wären die Seile nicht in der Lage, druckartige Eingaben zu übertragen.
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Jede Steuersäule 102, 104 beinhaltet einen Knüppel 110, 112, der einen Griff 114, 116 aufweist, den der Pilot greift und betätigt, um Steuereingaben an das Luftfahrzeug bereitzustellen. Typischerweise bewegen die Piloten den Knüppel entlang Nickachse 118 nach vorn und nach hinten, um das Nicken des Luftfahrzeugs einzustellen, und entlang Rollachse 120 seitwärts von Seite zu Seite, um das Rollen des Luftfahrzeugs einzustellen. Aufgrund der Verbindung zwischen den zwei Steuersäulen 102, 104 bewegt sich, wenn einer der Knüppel von Hand entlang einer der Achsen 118, 120 betätigt wird, der andere Knüppel ohne die Notwendigkeit zur Eingabe durch den entsprechenden Piloten jener Steuersäulen 102, 104 ähnlich entlang seiner entsprechenden Achse 118, 120.
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Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die einzelnen Steuersäulen 102, 104 austauschbare Gerätemodule (LRUs) sind. Als solches sind die Steuersäulen 102, 104 konstruiert, gänzlich entfernt zu werden, wenn Wartung oder Reparatur bei einer der Steuersäulen 102, 104 notwendig ist. Als solches wird während derartiger Wartung oder Reparatur die Steuersäule 102, 104, die zu warten oder reparieren gewünscht wird, von Verbindungsstangen 106, 108 (und jedweden anderen elektrischen Leitungssätzen) getrennt und aus dem Cockpit entfernt. Der Wartungsarbeiter kann gefordert sein, auch einige Bolzen oder Schrauben zu entfernen, die die Einheit am Cockpit befestigen, wie z. B. Bolzen oder Schrauben, die durch die obere Platte des Gehäuses der Steuersäulen hindurchtreten. Eine Ersatzsteuersäule 102, 104 kann dann erforderlichenfalls unverzüglich im Cockpit zurückplatziert werden, sodass das Luftfahrzeug sehr begrenzte Ausfallzeit aufweist. Ferner kann, sobald die Steuersäule der Wartung oder Reparatur unterzogen wird, entfernt ist, sie leicht in einer Mechanikwerkstatt gewartet werden, statt in eingebautem Zustand im Cockpit repariert werden zu müssen. Somit ist es ein Aspekt von Ausführungsformen der Erfindung, dass die Steuersäulen eigenständige modulare Einheiten sind.
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Um leichte Verbindung und Trennung zu vereinfachen, beinhalten die Verbindungsstangen 106, 108 Kupplungen 122.
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3 stellt die Steuersäule 102 mit entferntem Gehäuse 126 dar, um die inneren Komponenten der Steuersäule 102 zu zeigen. Auch ist ein Abschnitt des Knüppels 110 ausgeschnitten, um die Zug-Druck-Rollsteuerstange 128 darzustellen.
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Wenn ein Pilot wünscht, das Rollen des Luftfahrzeugs einzustellen, schwenkt der Pilot den Griffabschnitt 114 um Rollsteuerachse 130. Bewegung in einer Richtung (dargestellt als Pfeil 132) stellt den Betrag des Rollens des Luftfahrzeugs in einer Richtung ein, und Bewegung in der entgegengesetzten Richtung (dargestellt als Pfeil 134) stellt den Betrag des Rollens in der entgegengesetzten Richtung ein. Da das System ein Fly-by-Wire-System ist, wird die Bewegung von Griffabschnitt 114 durch einen (nicht gezeigten) Sensor erkannt, der den gewünschten Betrag und die gewünschte Richtung des Rollens angibt. Die Sensoren sind typischerweise stellungserkennende Sensoren, da sie arbeiten, um die Änderung in der Stellung des Knüppels zu erkennen.
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Die Zug-Druck-Rollsteuerstange 128 bewegt sich innerhalb von Knüppel 110 abhängig von dem Betrag und der Richtung des gewünschten Rollens auf- und abwärts. Diese Bewegung wird auch betrieblich zum anderen Knüppel 112 und Griffabschnitt 116 übertragen, wobei ein ähnlicher Betrag der Auslenkung desselben bewirkt wird. Diese Bewegung wird betrieblich über Rollverbindungsstange 108 zur anderen Steuersäule 104 übertragen (siehe auch 1 und 2).
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Wenn ein Pilot wünscht, das Nicken des Luftfahrzeugs einzustellen, schwenkt der Pilot Knüppel 110 durch entweder Ziehen des Knüppels (dargestellt als Pfeil 138) oder Drücken des Knüppels (dargestellt als Pfeil 140) um Nicksteuerachse 136. Wieder erkennen Sensoren 141 innerhalb der Steuersäule 102 die Änderungen in der Knüppelstellung, um den gewünschten Betrag und die gewünschte Richtung des Nickens zu ermitteln. Diese Bewegung wird auch betrieblich zum anderen Knüppel 112 übertragen, wobei ein ähnlicher Betrag der Auslenkung desselben bewirkt wird. Diese Bewegung wird betrieblich über Nickverbindungsstange 106 zur anderen Steuersäule 104 übertragen (siehe auch 1 und 2).
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Das Steuersystem 100 beinhaltet Trennanordnungen, um die zwei Steuersäulen 102, 104 in dem Falle zu entkoppeln, dass eine der Steuersäulen 102, 104 ausfällt. Wenn eine der Steuersäulen 102, 104 derart ausfallen sollte, dass sie blockiert wäre und nicht betätigt werden könnte, könnte die Kopplung zwischen den Steuersäulen 102, 104 auch die andere Steuersäule 104, 102 derart blockieren, dass sie ebenfalls nicht funktionieren würde.
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Unter Bezug auf 4 beinhaltet Steuersäule 102 eine Trennanordnung in der Form von Rolltrennvorrichtung 144 zum selektiven Koppeln und Entkoppeln der Rollsteuerungen zwischen den zwei Steuersäulen 102, 104. Wenn die Rolltrennvorrichtung 144 die zwei Steuersäulen 102, 104 entkoppelt, kann jede der Steuersäulen 102, 104 unabhängig von der anderen Steuersäule 104, 102 arbeiten, um das Rollen des Luftfahrzeugs zu steuern.
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6 und 7 stellen die Rolltrennvorrichtung 144 in vereinfachter Form dar. 6 stellt die Rolltrennvorrichtung 144 in einem gekoppelten Zustand dar, während 7 die Rolltrennvorrichtung 144 in einem entkoppelten Zustand darstellt.
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Im gekoppelten Zustand wird, wenn der Pilot einen gewünschten Betrag des Rollens eingibt, die Eingabe (dargestellt als Pfeile 132, 134) durch Zug-Druck-Rollsteuerstange 128 zur Rolltrennvorrichtung 144 übertragen. Rolltrennvorrichtung 144 schwenkt um Schwenkachse 146, wobei Bewegung von Rollverbindungsstange 108 bewirkt wird (dargestellt als Pfeile 148, 150). Ähnlich würde, wenn die andere Steuersäule 104 ein Rolleingabesignal erführe, jene Kraft durch die Zug-Druck-Rollsteuerstange 128 durch die Rolltrennvorrichtung 144 übertragen, um Griff 114 zu betätigen.
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Im entkoppelten Zustand wird die Eingabe (dargestellt als Pfeile 132, 134) nicht von der Zug-Druck-Rollsteuerstange 128 über die Rolltrennvorrichtung 144 zur Rollverbindungsstange 108 übertragen. Wieder würden Eingaben vom Piloten, der Steuersäule 104 steuert, auch nicht zu Griff 114 übertragen.
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Die Rolltrennvorrichtung 144 beinhaltet ein Schwenkverbindungsstück 152, das schwenkend um Schwenkachse 146 angebracht ist. Das Schwenkverbindungsstück 152 weist einen Eingabeabschnitt auf, der derart direkt mit Zug-Druck-Rollsteuerstange 128 verbunden ist, dass Bewegung der Zug-Druck-Rollsteuerstange 128 Schwenkbewegung des Schwenkverbindungsstücks 152 sowohl in gekoppelten als auch entkoppelten Zuständen um Schwenkachse 146 bewirkt. Diese Bewegung wird zu Rollverbindungsstange 108 übertragen, die mit einem Ausgabeabschnitt des Schwenkverbindungsstücks 152 verbunden ist.
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Ein Verbindungsstück 154 und ein Gabelverbindungsstück 156 sind schwenkbar mit dem Schwenkverbindungsstück gekoppelt und sind selektiv miteinander eingriffsfähig, um die Rolltrennvorrichtung 144 zwischen den gekoppelten und entkoppelten Zuständen zu überführen.
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Das Gabelverbindungsstück 156 ist schwenkbar mit dem Schwenkverbindungsstück 152 zur Schwenkbewegung um Schwenkachse 146 gekoppelt, sodass bei nicht vorhandenen weiteren Einschränkungen das Gabelverbindungsstück 156 und das Schwenkverbindungsstück 152 relativ zueinander um Schwenkachse 146 schwenken können (d. h. im entkoppelten Zustand).
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Das Verbindungsstück 154 ist schwenkbar mit dem Schwenkverbindungsstück 152 zur Schwenkbewegung um Freigabeachse 158 gekoppelt, sodass bei nicht vorhandenen weiteren Einschränkungen das Verbindungsstück 154 und das Schwenkverbindungsstück 152 relativ zueinander um Freigabeachse 158 schwenken können.
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Wie in 6 dargestellt, sind im gekoppelten Zustand das Verbindungsstück 154 und das Gabelverbindungsstück 156 an Kopplungsstelle 160 betrieblich miteinander im Eingriff. Dieser Eingriff verriegelt das Gabelverbindungsstück 156 mit dem Schwenkverbindungsstück 152, sodass sämtliche Bewegung des Schwenkverbindungsstücks 152 über Zug-Druck-Rollsteuerstange 128 um Schwenkachse 146 durch das Schwenkverbindungsstück 152 zum Gabelverbindungsstück 156 übertragen wird. Das Gabelverbindungsstück 156 ist mit Rollverbindungsstange 108 gekoppelt. Als solches wird die Bewegung dann durch das Gabelverbindungsstück 156 zur Rollverbindungsstange 108 übertragen, um die andere Steuersäule 104 und insbesondere Griff 116 zu betätigen.
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Eine elektromagnetbetätigte Riegelanordnung 162 hält das Verbindungsstück 154 mit dem Gabelverbindungsstück 156 im Eingriff.
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Die elektromagnetbetätigte Riegelanordnung 162 umfasst eine Vorspannfeder 164, die Verbindungsstück 154 um Freigabeachse 158 in Richtung Eingriff mit Gabelverbindungsstück 156 vorbelastet (dargestellt als Pfeil 166). Insbesondere ist erstes Ende 168 von Vorspannfeder 164 betrieblich mit dem Verbindungsstück 154 gekoppelt. Zweites Ende 170 ist mit einer Schwenkarretierung 172 gekoppelt. Wenn sie im gekoppelten Zustand ist, setzt das Positionieren der Schwenkarretierung 172 die Vorspannfeder unter Spannung, sodass das Verbindungsstück 154 in Eingriff mit Gabelverbindungsstück 156 vorbelastet ist.
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Die Schwenkarretierung 172 schwenkt um Arretierungsachse 174, um Eingriff zwischen dem Gabelverbindungsstück 156 und dem Verbindungsstück 154 selektiv aufrechtzuerhalten oder zu lösen.
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Ein Drehelektromagnet 176 umfasst einen Arm 178, der mit Schwenkarretierung 172 zusammenwirkt, um Drehung der Schwenkarretierung 172 zu verhindern. Im gekoppelten Zustand, wie in 6 dargestellt, ist der Arm 178 mit Schwenkarretierung 172 im Eingriff, um Drehung um Arretierungsachse 174 in Gegenuhrzeigerrichtung (Pfeil 180) zu verhindern. Dieser Eingriff wirkt gegen ein Moment, das auf die Schwenkarretierung 172 in der entgegengesetzten Richtung (Pfeil 182) durch Vorspannfeder 164 ausgeübt wird.
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Eine Trennfeder 184 wirkt, um Verbindungsstück 154 außer Eingriff mit Gabelverbindungsstück 156 vorzubelasten (dargestellt durch Pfeil 186). Die Trennfeder 184 weist ein erstes Ende 188, das direkt mit Schwenkverbindungsstück 152 verbunden ist, und ein entgegengesetztes Ende 190 auf, das direkt mit einem Verbindungsflansch 192 des Verbindungsstücks 154 verbunden ist. Somit wirken die Trennfeder 184 und die Vorspannfeder 164, um das Verbindungsstück 154 in entgegengesetzten Richtungen um Freigabeachse 158 vorzubelasten.
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Unter zusätzlichem Bezug auf 7 wird der Entkopplungsvorgang diskutiert. Um die Rollsteuerung der zwei Steuersäulen 102, 104 zu entkoppeln, wird der Drehelektromagnet derart eingeschaltet, dass er sich entgegen dem Uhrzeigersinn (dargestellt als Pfeil 192 in 6) derart dreht, dass Arm 178 aus Schwenkarretierung 172 ausrückt. Dieses Ausrücken „trennt” die Schwenkarretierung 172 „von Masse” von Schwenkverbindungsstück 152 und gibt Schwenkarretierung 172 frei, um Arretierungsachse 174 in einer Gegenuhrzeigerrichtung (Pfeil 182) zu drehen. Mit gelöster Schwenkarretierung 172 bewirkt die Trennfeder 184, dass das Verbindungsstück 154 in der Gegenuhrzeigerrichtung (Pfeil 186) derart dreht, dass Verbindungsstück 154 aus Gabelverbindungsstück 156 ausrückt (siehe 7). Mit ausgerücktem Verbindungsstück 154 und Gabelverbindungsstück 156 sind das Gabelverbindungsstück 156 und infolgedessen die Rollverbindungsstange 108 frei, sich unabhängig von Schwenkverbindungsstück 152 und Zug-Druck-Rollsteuerstange 128 zu bewegen.
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In einer Ausführungsform wird die Rolltrennvorrichtung 144 von Hand neu gespannt.
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Um die Rolltrennvorrichtung 144 neu zu spannen, übt ein Pilot oder ein anderer Bediener von Hand eine Kraft (dargestellt als Pfeil F) auf die Schwenkarretierung 172 aus, um zu bewirken, dass sie in der Uhrzeigerrichtung dreht (dargestellt als Pfeil 180). Typischerweise wird diese äußere Handkraft F durch ein Seil ausgeübt, das mit Schwenkarretierung 172 verbunden ist. Wenn das Seil gezogen wird oder Kraft F anderweitig erzeugt wird, bewirkt diese äußere Last, dass das Trennstück 154 zurück in Eingriff mit Gabelverbindungsstück 156 gedreht wird. Diese äußere Handlast spannt auch die Trennfeder 184 neu. Nachdem die Schwenkarretierung 172 in ihren gekoppelten Zustand zurückgekehrt ist, wird der Drehelektromagnet derart ausgeschaltet, dass er sich in Uhrzeigerrichtung dreht und Arm 178 wieder in Schwenkarretierung 172 eingreift. Dieser Eingriff zwischen Arm 178 und Schwenkarretierung 172 „legt” dann die Schwenkarretierung 172 relativ zu Schwenkverbindungsstück 152 wieder „an Masse”, um das Verbindungsstück 154 und das Gabelverbindungsstück 156 in Eingriff miteinander zu halten.
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Das Gabelverbindungsstück 156 beinhaltet eine sich verjüngende Zunge 194 (siehe 7), die in einem Hohlraum aufgenommen ist, der zwischen einem Paar Rollen 196 gebildet ist, um Eingreifen des Gabelverbindungsstücks 156 und des Verbindungsstücks 154 zu vereinfachen. In der dargestellten Ausführungsform ist sich verjüngende Zunge 194 als ein distales Ende von Gabelverbindungsstück 156 gebildet. Ferner liegt der Verbindungspunkt zwischen der Rollverbindungsstange 108 und dem Gabelverbindungsstück 156 axial zwischen Schwenkachse 146 und sich verjüngender Zunge 194.
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Der Eingriff zwischen sich verjüngender Zunge 194 und Rollen 196 entfernt Spiel zwischen dem Gabelverbindungsstück 156 und dem Verbindungsstück 154. Dies ist, weil der sich verjüngende Abschnitt von sich verjüngender Zunge 194 in die sich verjüngende Nut gekeilt ist, die zwischen dem Paar Rollen 196 gebildet ist.
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Ferner wird bei dieser Konfiguration der Wiedereingriff zwischen dem Gabelverbindungsstück 156 und dem Verbindungsstück 154 verhindert, wenn nicht beide Steuersäulen 102, 104 in derselben Rollstellung sind. Typischerweise ist die Anordnung derart konfiguriert, dass beide Steuersäulen 102, 104 in einer Rollneutralstellung sein müssen, bevor das Gabelverbindungsstück 156 und das Verbindungsstück 154 wieder in Eingriff gehen. Insbesondere, bevor sich verjüngende Zunge 194 zwischen Rollen 196 eingefügt werden kann.
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Weil nur eine einzelne Trennung zwischen den Piloten- und Kopilotensäulen 102, 104 nötig ist, beinhaltet nur eine der Piloten- oder Kopilotensäulen 102, 104 die Rolltrennvorrichtung 144. Jedoch beinhaltet, um Platz zu sparen, welche Steuersäule 102, 104 auch immer die Rolltrennvorrichtung 144 beinhaltet, die andere der Steuersäulen 102, 104 typischerweise eine Nicktrennvorrichtung.
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Unter Bezug auf 8 und 9 ist die Steuersäule 104 mit einem entfernten Abschnitt des äußeren Gehäuses dargestellt. In diesen Darstellungen ist die Nicktrennvorrichtung 202 gezeigt. Die Nicktrennvorrichtung 202 arbeitet im Wesentlichen mit der oben diskutierten Rolltrennvorrichtung 144 identisch, außer dass sie aus den oben umrissenen Gründen in der Steuersäule 104 untergebracht ist.
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Weil das Steuersystem 100 ein Fly-by-Wire-System ist, sind die Steuersäulen 102, 104 desselben nicht mechanisch mit den Steuerflächen des Luftfahrzeugs gekoppelt. Als solches beinhalten die Steuersäulen 102, 104 Mechanismen zum Bereitstellen von Rückstellkräften an die Steuersäulen 102, 104, die im Allgemeinen Bewegung der Griffe 114, 116 aus der Neutralstellung entgegenwirken. Diese Rückstellkräfte sind auch typischerweise Zentrierkräfte, die die Steuerknüppel 110, 112 zurück in eine Neutral- oder Mittelstellung bringen. Typischerweise ist, je mehr ein Pilot einen Griff aus der Neutral- oder Mittelstellung zu bedienen wünscht, die Rückstellkraft umso mehr, die überwunden werden muss, um aus der Neutralstellung fort überzugehen. Typischerweise ist ein Rückstellkraftmechanismus für jeden Freiheitsgrad bereitgestellt, d. h. einer für Nicken und einer für Rollen.
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Es ist ein Aspekt von Ausführungsformen der Erfindung, dass die Steuersäulen 102, 104 unstetigen Rückstellkraftverläufen zum Steuern und Einstellen von Nicken des Luftfahrzeugs ausgesetzt sind. Bemerkenswerterweise weist in einer bevorzugten Ausführungsform der Rollfreiheitsgrad einen stetigen Rückstellkraftverlauf auf.
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Unter Bezug auf 10 und 11 ist eine Rückstellkraftanordnung 206 dargestellt, die den Widerstand bereitstellt, der die Steuerflächen des Luftfahrzeugs simuliert, wenn ein Pilot versucht, das Nicken des Luftfahrzeugs einzustellen.
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10 stellt die Rückstellkraftanordnung 206 in einer Nickneutralstellung dar. In dieser Stellung verlangt der Pilot keinerlei Änderung im Nicken.
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Die Rückstellkraftanordnung 206 beinhaltet einen Kraftverlaufsnocken 208, der mit einer federbelasteten Schwinge 210 zusammenwirkt. Der Kraftverlaufsnocken 208 ist betrieblich derart mit dem Steuerknüppel 110 gekoppelt, dass, wenn der Pilot Änderungen im Nicken verlangt, d. h. den Griffsteuerknüppel 110 um Nicksteuerachse 136 nach vorn und nach hinten bewegt (Pfeile 138, 140), der Kraftverlaufsnocken 208 sich relativ zur Masse 212 um die Nicksteuerachse 136 dreht.
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Die Schwinge 210 trägt ein Paar Schlepphebelrollen 214, 216. Ein Paar Schlepphebelfedern 218, 220 belasten Schlepphebelrollen 214, 216 auf den Kraftverlaufsnocken 208 zu vor.
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Insbesondere belasten Schlepphebelfedern 220 Schwinge 210 auf Kraftverlaufsnocken 208 zu vor, die Schlepphebelrollen 214, 216 trägt. Die Schwinge 210 ist an einem Ende gelenkig an Masse 212 befestigt und im Eingriff durch Schlepphebelfedern 220, um die Schlepphebelrollen 214, 216 in Kraftverlaufsnocken 208 vorzubelasten.
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In der Neutralstellung (10) ist die erste Schlepphebelrolle 214 in einer V-förmigen Kehle 222 aufgenommen, die in der Nockenoberfläche 224 gebildet ist. In der Neutralstellung greift die erste Schlepphebelrolle 214 in beide Seiten der Kehle 222 ein. Ferner ist die Kehle 222 und die Federkraft, die durch Schlepphebelfedern 220 bereitgestellt ist, derart konfiguriert, dass ein vorgegebener Betrag an Kraft auf die Steuersäule 102 ausgeübt werden muss, bevor sich die Steuersäule überhaupt bewegt, um das Nicken des Luftfahrzeugs einzustellen. Diese Anfangskraft ist in der schematischen Wiedergabe des Kraftverlaufs in 12 an den Punkten 236, 237 dargestellt.
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Die Verwendung der V-förmigen Kehle 222 stellt auch Zentrierkraft bereit, die das Bestreben hat, den Steuerknüppel 110 zu den Neutral- oder Mittelstellungen zurück vorzubelasten. Diese Anordnung kann auch als ein Fühlzentriermechanismus bezeichnet werden.
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Sobald ein ausreichender Betrag an Kraft auf die Steuersäule 102 ausgeübt wird, um die anfänglich erforderliche Kraft zu überwinden, bewegt sich die erste Schlepphebelrolle 214 entlang einem ersten Abschnitt 228 der Nockenoberfläche 224. Nach einem vorgegebenen Betrag an Auslenkung greift die zweite Schlepphebelrolle 216 gleichzeitig in einen zweiten Abschnitt 230 von Nockenoberfläche 224 ein. Dieser zweite Abschnitt 230 stellt ein neues Niveau an Kraft bereit, das durch den Piloten überwunden werden muss, um den Betrag an Nicken zu erhöhen, der durch den Piloten verlangt wird. Dieser unstetige Sprung in der Kraft, die erforderlich ist, um die Steuersäule auszulenken, stellt dem Piloten eine fühlbare Rückmeldung, dass der Pilot ein großen Maß an Nicken verlangt, in einem Versuch bereit, ein Überziehen im Luftfahrzeug zu verhindern, wenn der Pilot versucht, mit einer zu großen Rate zu steigen.
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Der dargestellte Kraftverlaufsnocken 208 weist den unstetige Kraftverlauf nur für Aufnick-Nicksteuereingaben auf. Als solches nimmt der Pilot, wenn der Pilot Abnick-Nicksteuerung verlangt, keine unstetige Änderung im Widerstand wahr.
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Unter Bezug auf 12 ist der Kraftverlauf für die Rückstellkraftanordnung 206 dargestellt. Die vertikale Achse ist die Rückstellkraft, die durch die Rückstellkraftanordnung auf den Knüppel ausgeübt wird. Die horizontale Achse ist der Betrag an Knüppelauslenkung aus einer Neutralstellung. Der Kraftverlauf stellt dar, dass ein Mindestbetrag an Kraft 236, 237 erforderlich ist, um den Knüppel 110 anfänglich aus einer Neutralstellung auszulenken. Wenn der Pilot verlangt, dass sich das Nicken ändert, wobei veranlasst wird, dass die Nase des Luftfahrzeugs nach unten geht, bleibt der Kraftverlauf ungeachtet des Betrags an Auslenkung des Knüppels 112 aus der Neutralstellung stetig. Jedoch stellt der Kraftverlauf dar, dass, sowie der Pilot immer mehr Änderung im Nicken eingibt, wobei veranlasst wird, dass sich die Nase des Luftfahrzeugs nach oben bewegt, an irgendeinem Punkt 238 die Widerstandskraft am Griff unstetig springt. Dieser Punkt 238 ist, wenn sowohl die ersten als auch zweiten Schlepphebelrollen 214, 216 ihre jeweiligen Abschnitte 228, 230 von Nockenoberfläche 224 berühren. Sobald die Anordnung von Eingriff zwischen der ersten Schlepphebelrolle 214 mit erstem Abschnitt 228 in Eingriff zwischen der zweiten Schlepphebelrolle 216 mit zweitem Abschnitt 230 übergeht, steigt der Kraftverlauf wieder stetig an.
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Wie oben erwähnt, stellt die dargestellte Rückstellkraftanordnung 206 den Widerstand für den Steuergriff 114 für den Nickfreiheitsgrad bereit. Eine ähnliche Einheit ist jedoch auch für den Rollfreiheitsgrad bereitgestellt. Jedoch weist diese Einheit lediglich einen einzelnen Oberflächenabschnitt auf (anders als die separaten Abschnitte 228, 230 der Nickrückstellkraftanordnung 206), weil sie einen stetigen Kraftverlauf für Rollen in beiden Richtungen bereitstellt. Die Rückstellkraftanordnung für Rollen würde ebenfalls Fühlzentrierung bereitstellen.
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13–16 stellen einen weiteren Aspekt von Ausführungsformen dar. Dieser Aspekt betrifft einen Autopilotenverriegelungsmechanismus, der den Betrag an Widerstand erhöht, den ein Pilot am Griff fühlt, wenn der Pilot versucht, Nicken oder Rollen von Hand einzustellen, wenn das Luftfahrzeug auf Autopilot eingestellt ist. Wie die zuvor diskutierten Nick- und Rolltrennvorrichtungen sind die Autopilotenverriegelungsmechanismen sowohl für Nicken als auch Rollen im Wesentlichen dieselben. Somit wird lediglich ein einziger Autopilotenverriegelungsmechanismus beschrieben, nämlich der Autopilotenverriegelungsmechanismus 246 für Nicken. Ferner braucht lediglich ein einiger Autopilotenverriegelungsmechanismus 246 für jeden Eingabegrad (d. h. Nicken oder Rollen) bereitgestellt sein.
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13 stellt den Autopilotenverriegelungsmechanismus 246 in einem Zustand dar, wenn der Autopilot nicht aktiviert ist. 14 stellt den Autopilotenverriegelungsmechanismus 246 in einem Zustand dar, wenn der Autopilot aktiviert ist. 15 und 16 stellen die Arbeit des Autopilotenverriegelungsmechanismus 246 dar, wenn der Pilot Änderungen im Nicken verlangt, während der Autopilot aktiviert ist.
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Autopilotenverriegelungsmechanismus 246 beinhaltet ein Hauptverbindungsstück 248, das ein Eingabe-Druck-Zug-Gestänge 249 vom Steuerknüppel 110 mit der Nickverbindungsstange 106 betrieblich koppelt. Das Hauptverbindungsstück 248 schwenkt derart um Nickautopilotenachse 250, das darauf ausgeübte Nicksteuereingaben zur Nickverbindungsstange 106 übertragen werden, um zur anderen Steuersäule 104 übertragen zu werden.
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Während normalen Betriebs hat der Autopilotenverriegelungsmechanismus 246 keine Wirkung auf die Drehbewegung von Hauptverbindungsstück 248 (siehe 13). Jedoch hemmt, wenn der Autopilot aktiviert ist, der Autopilotenverriegelungsmechanismus Bewegung der Steuersäulen 102, 104, wenn der Pilot versucht, das Nicken des Luftfahrzeugs von Hand einzustellen (siehe 14–16). In der dargestellten Ausführungsform koppelt der Nickautopilotenverriegelungsmechanismus 246 das Hauptverbindungsstück 248 betrieblich mit einer oder mehreren Autopilotenwiderstandsfeder(n) 252, die Bewegung beider Steuersäulen 102, 104 entgegenwirken, wenn Änderungen im Nicken verlangt werden und der Autopilot aktiviert ist.
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Der Autopilotenverriegelungsmechanismus 246 beinhaltet ein Paar Autopilotenplatten 254, 256. Die Autopilotenplatten 254 schwenken an einem Ende um Autopilotenachse 250 und sind am entgegengesetzten Ende durch Autopilotenwiderstandsfedern 252 federnd miteinander gekoppelt. Die Autopilotenwiderstandsfedern 252 belasten die Autopilotenplatten 254, 256 um Autopilotenachse 250 winklig aufeinander zu vor.
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Das Hauptverbindungsstück 248 beinhaltet eine Eingriffszunge 258 (oder mehrere Eingriffszungen), die winklig zwischen den Autopilotenplatten 254, 256 eingefügt ist. Während Handbetriebs (Autopilot ist nicht aktiviert und dargestellt in 13) werden winklige Innenflächen 260, 262 von Autopilotenplatten 254, 256 in winkligen Eingriff mit Eingriffszunge 258 durch die winklige Vorspannung vorbelastet, die durch Autopilotenwiderstandsfeder 252 bereitgestellt ist. Als solches wird, wenn Hauptverbindungsstück 248 winklig um Nickautopilotenachse 250 gesteuert wird, die Bewegung vom Hauptverbindungsstück 248 zum Paar Autopilotenplatten 254, 256 übertragen. Insbesondere greift, wenn Hauptverbindungsstück 248 im Uhrzeigersinn gedreht wird (dargestellt als Pfeil 264), Eingriffszunge 258 in winklige Innenfläche 262 ein, wobei bewirkt wird, dass sich die Autopilotenplatten 254, 256 ebenfalls in der Uhrzeigerrichtung zusammen mit Hauptverbindungsstück 248 drehen. Wenn Hauptverbindungsstück 248 in der entgegengesetzten Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird (dargestellt als Pfeil 266), greift Eingriffszunge 258 in winklige Innenfläche 260 ein, wobei bewirkt wird, dass sich die Autopilotenplatten 254, 256 ebenfalls in der Gegenuhrzeigerrichtung zusammen mit Hauptverbindungsstück 248 um Autopilotenachse 250 drehen.
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Der Autopilotenverriegelungsmechanismus 246 beinhaltet einen Massearm 270, der die Autopilotenplatten 254, 256 derart selektiv an Masse legt, dass sich zu einer Zeit lediglich eine der Autopilotenplatten 254, 256 mit dem Hauptverbindungsstück 248 um Autopilotenachse 250 dreht, während die an Masse gelegte Autopilotenplatte 254, 256 stationär verbleibt. Mit einer der Autopilotenplatten 254, 256 an Masse gelegt und während sich die andere Autopilotenplatte 256, 254 mit Hauptverbindungsstück 248 aufgrund von Eingriff mit Eingriffszunge 258 dreht, werden die zwei Autopilotenplatten 254, 256 winklig voneinander fort vorbelastet, was Autopilotenwiderstandsfedern 252 streckt. Dieses Strecken stellt zusätzliche Belastung bereit, die die Piloten überwinden müssen, um die Knüppelstellung zu ändern. Diese erhöhte Belastung zeigt an, dass der Autopilot aktiviert ist.
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Massearm 270 beinhaltet eine Verriegelungsrolle 272, die winklig zwischen den Autopilotenplatten 254, 256 positioniert ist. Die Verriegelungsrolle 272 ist der Abschnitt von Massearm 270, der einen Anschlag bildet, der tatsächlich in innere winklige Oberflächen 260, 262 eingreift.
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Die radiale Stellung von Verriegelungsrolle 272 relativ zu Autopilotenachse 250 bestimmt, ob die Verriegelungsbetriebsart in einem verriegelten Zustand oder einem freien Zustand ist. Ein Elektromagnet 274 steuert den Massearm zwischen einem verriegelten Zustand (d. h., wenn der Autopilot aktiviert ist, wie in 14–16) und einem freien Zustand (d. h. wenn der Autopilot nicht aktiviert ist, wie in 13 dargestellt). Der verriegelte Zustand positioniert die Rolle 272 radial einwärts vom freien Zustand.
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Der Spalt, der winklig zwischen den inneren winkligen Oberflächen 260, 262 gebildet ist, beinhaltet eine Lösezone 278 und eine Verriegelzone 280 (siehe 14). Die Lösezone 278 ist radial auswärts von der Verriegelzone 280. Die Verriegelungsrolle 272 ist innerhalb der Verriegelzone 280, wenn der Autopilot aktiviert ist, und innerhalb der Lösezone 278 positioniert, wenn der Autopilot deaktiviert ist.
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Die Verriegelungsrolle 272 und die Autopilotenplatten 254, 256 sind derart konfiguriert, dass die Lösezone 278 derart der Größe nach festgelegt und konfiguriert ist, dass, wenn die Verriegelungsrolle 272 in der Lösezone 278 ist, die Autopilotenplatten 254, 256 nicht in die Verriegelungsrolle 272 eingreifen oder sie mindestens nicht bis oder näherungsweise am Höchstbetrag des Nickens eingreifen.
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Die Verriegelungsrolle 272 und die Autopilotenplatten 254,256 sind derart konfiguriert, dass die Verriegelzone 280 derart der Größe nach festgelegt und konfiguriert ist, dass, wenn die Verriegelungsrolle 272 in der Verriegelzone 280 ist, die Autopilotenplatten 254, 256 (abhängig von der Verfahrrichtung) in die Verriegelungsrolle 272 eingreifen, um die jeweiligen Autopilotenplatten 254, 256 an Masse zu legen, wie weiter vorn diskutiert.
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Der Anschlagabschnitt des Massearms 270 braucht keine Rolle 272 beinhalten, sondern könnte hilfsweise lediglich einen Vorsprung aufweisen.
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Unter Bezug auf 13 wird ein Elektromagnet 276 verwendet, um den Autopilotenverriegelungsmechanismus 246 zwischen den zwei Zuständen zu überführen. Der Elektromagnet 276 ist mit Nocken 278, der mit Nockenrolle 280 an einem entgegengesetzten Ende von Massearm 270 zusammenwirkt, gekoppelt oder beinhaltet ihn anderenfalls. Der Elektromagnet 276 steuert den Massearm 270 betrieblich derart radial einwärts und auswärts, dass die Verriegelungsrolle 272 selektiv zwischen der Lösezone 278 (d. h., wenn der Autopilot nicht aktiv ist) und der Verriegelzone 280 (d. h., wenn der Autopilot aktiv ist) überführt wird.
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Ein ähnlicher Autopilotenverriegelungsmechanismus würde auch zwischen den zwei Steuersäulen 102, 104 bereitgestellt werden, um Autopilotenverriegelung des Rollfreiheitsgrades der Steuersäulen 102, 104 bereitzustellen.
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Unter primärem Bezug auf 1 und 2 sind die Steuersäulen 102, 104 im Wesentlichen derart eigenständige Module, dass sie austauschbare Gerätemodule sind. Anders ausgedrückt, sind die gesamte Steuersäule 102, 104 einschließlich des Knüppels, ihrer zugeordneten Sensoren, jedweder Autopilotenverriegelungsmechanismen und jedweder Trennvorrichtungen in eine einzige Einheit gebildet, die leicht aus dem Cockpit des Luftfahrzeugs entfernt werden kann. Typischerweise ist alles, das erforderlich wäre, Trennen der Nick- und Rollverbindungsstangen 106, 108 und jedweder Leitungssätze, und die Einheit wäre bereit, aus dem Cockpit entfernt zu werden.
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In der hier verwendeten Weise ist eine Steuersäule ein austauschbares Gerätemodul, wenn sämtliche Funktionalität der Steuersäule als einzelne Einheit entfernbar ist. Zum Beispiel wird unter Bezug auf die Steuersäule des Systems 100 sämtliche Funktionalität jeder Steuersäule 102, 104 aus dem Luftfahrzeug entfernt, wenn die Steuersäule 102, 104 entfernt wird.
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Wenn Steuersäule 102 entfernt würde, würden ihre sämtlichen Sensoren 141 zum Erkennen von Änderungen im Nicken oder Rollen; sämtliche Rückstellkraftanordnungen (z. B. Rückstellkraftanordnung 206 und die Rückstellkraftanordnungen für Rollen), die dem Steuergriff Gefühl bereitstellen; die Autopilotenverriegelungsanordnung 246 für den Rollfreiheitsgrad und der Trennmechanismus 202 für den Nickfreiheitsgrad alle aus dem Cockpit entfernt. Alles, was vom Mechaniker zu tun verlangt wäre, um die Steuersäule 102 zu entfernen, ist Trennen der Roll- und Nickverbindungsstangen von der Steuersäule, wie z. B. bei Kupplungen 122, Trennen jedweder Leitungssätze, die die elektrischen Komponenten koppeln, und jedweder Schrauben, wie z. B. Schrauben durch die obere Abdeckung von Gehäuse 126, die die Steuersäule 102 am Cockpit befestigen. Als solches würden alle Sensoren, Trennvorrichtungen, Rückstellkraftvorrichtungen und Autopilotenverriegelungsvorrichtungen als eine Gesamteinheit verbleiben, sowie die Steuersäule aus dem Luftfahrzeug entfernt wird.
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Es ist ein weiterer Aspekt der Erfindung, dass ein einzelnes Steuersäulensystem bereitgestellt werden könnte. In einem derartigen System würde lediglich eine Einzelne der Steuersäulen 102, 104 bereitgestellt. Bei lediglich einer einzelnen Steuersäule bestünde keine Notwendigkeit für Verbindungsstangen 106, 108 oder jedwede Trennvorrichtungen, um die Nick- und Rollfreiheitsgrade zwischen den zwei Steuersäulen zu entkoppeln. Jedoch würde eine derartig Einheit dennoch zwei Rückstellkraftanordnungen aufweisen (eine für Nicken, eine für Rollen) und könnte die Autopilotenverriegelung einbeziehen. Jedoch würde bei lediglich einer Steuersäule jene einzelne Säule zwei Autopilotenverriegelungsvorrichtungen aufweisen, eine Vorrichtung für Nicken und eine Vorrichtung für Rollen. Diese zusätzliche Autopilotenverriegelungsvorrichtung würde im Allgemeinen den Ort einnehmen, an dem sich die Trennanordnung für jene individuelle Steuersäule im Doppelsteuersäulensystem 100 befand.
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In einem Einzelsteuersäulensystem, in dem die Steuersäule eine LRU ist, wären die Steuersäule und ihre sämtliche Funktionalität aus dem Luftfahrzeug als eine einzelne, eigenständige Einheit aus dem Luftfahrzeug entfernbar. Als solches wären sämtliche Sensoren, Kraftrückstellanordnungen als eine einzelne Einheit entfernbar. Ferner wäre, wenn irgendeine Autopilotenverriegelung in der Einheit bereitgestellt wäre, der Autopilotenverriegelungsmechanismus ebenfalls mit der Steuersäule als Teil der einzelnen Einheit entfernbar.
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Hierin beschrieben sind bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung einschließlich der besten, den Erfindern bekannten Art und Weise zum Ausführen der Erfindung. Varianten jener bevorzugten Ausführungsformen können dem Durchschnittsfachmann auf dem Fachgebiet beim Lesen der vorstehenden Beschreibung offensichtlich werden. Die Erfinder erwarten, dass erfahrene Handwerker derartige Varianten gegebenenfalls einsetzen, und die Erfinder beabsichtigen, dass die Erfindung anderweitig praktisch umgesetzt wird, als hierin eigens beschrieben ist. Demgemäß beinhaltet diese Erfindung alle Modifikationen und Äquivalente des in den hieran angehängten Ansprüchen dargelegten Gegenstandes, sowie durch geltendes Recht gestattet. Außerdem ist, wenn hierin nicht anders angegeben oder anderweitig durch den Kontext klar widersprochen, jedwede Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon durch die Erfindung erfasst.
