DE102011115360A1 - Electronic flight control system for controlling and monitoring of actuators of flight control of e.g. military aircraft, has electronic units connected with one another over bus system to control actuators in multiplex mode - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Flugsteuerungssystem zur Ansteuerung und Überwachung von Stallantrieben der Flugsteuerung eines Flugzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to an electronic flight control system for the control and monitoring of stall drives of the flight control of an aircraft according to the preamble of
Mit einem Flugsteuerungssystem werden bekannterweise Eingaben des Piloten, die er über Eingabegeräte vorgibt, in entsprechende Bewegungen der Primär- und Sekundär-Flugsteuerflächen, mit denen wiederum das Flugzeug im Flug gesteuert wird, umgesetzt. Die Primärflugsteuerflächen umfassen die Querruder (Ailerons), die Höhenruder (Elevators) und das Seitenruder (Rudder). Zu den Sekundär-Flugsteuerflächen gehören unter anderem die Störklappen (Spoiler).With a flight control system, it is known to convert inputs of the pilot, which he specifies via input devices, into corresponding movements of the primary and secondary flight control surfaces with which the aircraft in turn is controlled in flight. The primary flight control surfaces include the ailerons, the elevators, and the rudder. Among the secondary flight control surfaces include the spoilers (spoilers).
Moderne Flugzeuge verfügen über eine komplett elektronische Steuerung, die sogenannte Fly-by-Wire-Steuerung, zu der neben der Aktuatorik auch die Eingabeelemente für die Piloten, nämlich die Steuerknüppel für Quer- und Höhenruder (Side-Sticks), die Pedale für das Seitenruder sowie verschiedene Schalter und Hebel für Trimm Kommandos und Vorwahl von Spoiler Positionen, und die gesamte Elektronik, zur Steuerung und Überwachung der Systeme, gehören.Modern aircraft have a completely electronic control system, the so-called fly-by-wire control, in addition to the actuator and the input elements for the pilots, namely the control sticks for ailerons and elevator (side sticks), the pedals for the rudder as well as various switches and levers for trim commands and preselection of spoiler positions, and all the electronics needed to control and monitor the systems.
Die Piloteneingaben werden über Sensoren an den Eingabeelementen in elektronische Steuersignale umgewandelt und in die Computer des Flugsteuerungssystems eingegeben. Mithilfe dieser elektronischen Daten und unter Hinzunahme von Lagesensorinformationen können mittels digitalisierter Regelgesetze Steuerkommandos für Betätigungseinrichtungen, die sogenannten Aktuatoren, erzeugt werden. Diese führen dann dazu, dass die Steuerklappen die geeigneten Bewegungen ausführen.The pilot inputs are converted to electronic control signals via sensors on the input elements and input to the computers of the flight control system. By means of these electronic data and with the aid of position sensor information, control commands for actuating devices, the so-called actuators, can be generated by means of digitized control laws. These then cause the control flaps to make the appropriate movements.
Durch die Einführung der Fly-by-Wire-Technologie können die Piloten durch automatische Funktionen entlastet oder fehlerhafte Eingaben durch computergenerierte Limits vermieden werden. Die Automatik erlaubt dabei den Piloten nur innerhalb bestimmter physikalischer Grenzen zu agieren. Da sich nun aber Fehler in der Flugsteuerungselektronik besonders katastrophal auswirken können, werden die Fly-by-Wire-Systeme mit einem sehr hohen Anspruch an Integrität und Zuverlässigkeit konstruiert. Darüberhinaus werden aus Gründen der Zulassungsforderungen an Integrität und Fehlerunabhängigkeit zusätzliche mechanische oder elektrische Not-Systeme (Backupsysteme) vorgesehen.With the introduction of fly-by-wire technology, pilots can be relieved of automatic functions or erroneous entries made by computer-generated limits can be avoided. The automatic allows the pilot to act only within certain physical limits. However, as flight control electronics errors can be particularly catastrophic, fly-by-wire systems are designed with a high standard of integrity and reliability. In addition, additional mechanical or electrical emergency systems (backup systems) are provided for reasons of admission requirements for integrity and fault independence.
Einige Fly-by-Wire Flugzeuge verwenden hybride Flugsteuerungen indem ein oder zwei Achsen der Flugsteuerung konventionell mechanisch (Seile) angesteuert werden, z. B. auf Seitenruder und Trimmung des Höhenleitwerks (Trimable Horizontal Stabilizer, THS) für den Fall eines Versagens der Elektroniksysteme.Some fly-by-wire aircraft use hybrid flight controls in that one or two axes of the flight control are conventionally controlled mechanically (ropes), e.g. On rudder and trimming of the horizontal stabilizer (THS) in the event of failure of the electronic systems.
In einigen modernen Flugzeugen werden zentrale mehrfach-redundante Rechner-Systeme verwendet, in denen die Kommandos mehrerer Stellflächen und Aktuatoren in einem Computer berechnet werden, und an integrierte Aktuator-Ansteuer-Elektroniken („Remote Elektronic Units”, REUs) weitergeleitet werden, welche die Regelung des Aktuators lokal durchführen. Ein zusätzlicher Signalpfad fungiert als unabhängige Instanz zur Erfassung von redundanten Aktuator-Sensoren, die vom übergeordneten Rechnersystem für Überwachungsfunktionen benutzt werden.Some modern aircraft use central multi-redundant computer systems in which the commands of multiple shelves and actuators are computed in a computer and forwarded to integrated Remote Electronic Units (REUs), which provide the Perform control of the actuator locally. An additional signal path acts as an independent entity for detecting redundant actuator sensors used by the higher-level computer system for monitoring functions.
Diese Zentralisierung der Überwachung führt aber dazu, dass solche Flugsteuerungssysteme sehr hohe Anforderungen an Echtzeitfähigkeit erfüllen müssen und den hohen Sicherheitsanforderungen an Flugsteuerungssysteme nur schwer Rechnung getragen werden kann.However, this centralization of monitoring means that such flight control systems must meet very high requirements for real-time capability and it is difficult to meet the high security requirements for flight control systems.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein dezentrales Flugsteuerungssystem zur elektronischen Ansteuerung und Überwachung von Stellantrieben der Flugsteuerung sowohl von zivilen als auch von militärischen Flächenflugzeugen bereitzustellen, durch welches eine zuverlässige Durchführung aller sicherheitskritischen Funktionen der Flugzeugsteuerung sichergestellt ist, wobei eine beliebige Anzahl von Stellantrieben elektronisch angesteuert werden kann.Object of the present invention is therefore to provide a decentralized flight control system for electronic control and monitoring of actuators of the flight control of both civil and military surface aircraft, through which a reliable implementation of all safety-critical functions of the aircraft control is ensured, with any number of actuators electronically can be controlled.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Flugsteuerungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a flight control system with the features of
Das erfindungsgemäße Flugsteuerungssystem zur elektronischen Ansteuerung und Überwachung von Stellantrieben der Flugsteuerung des Flugzeugs weist elektronische Regelungs- und Überwachungseinheiten zur Ansteuerung der Stellantriebe im Multiplexbetrieb auf, wobei an jedem Stellantrieb lokale Elektronikeinheiten, wie „Remote Electronic Units” (REUs) und „Motor Control Elektronics” (MCEs) angebracht sind, über welche die Stellantriebe angesteuert und überwacht werden.The flight control system according to the invention for the electronic control and monitoring of actuators of the flight control of the aircraft has electronic control and monitoring units for controlling the actuators in multiplex operation, wherein at each actuator local electronic units, such as "Remote Electronic Units" (REUs) and "Motor Control Electronics" (MCEs) are mounted, via which the actuators are controlled and monitored.
Durch die erfindungsgemäße dezentrale Architektur des Flugsteuerungssystems kann erreicht werden, dass eine beliebige Anzahl von Stellantrieben sowohl der primären Flugsteuerung als auch des Spoiler-Systems realisiert werden kann.As a result of the decentralized architecture of the flight control system according to the invention, it is possible to realize any number of actuators of both the primary flight control and the spoiler system.
Vorzugsweise weist das Flugsteuerungssystem drei elektronische Regelungs- und Überwachungseinheiten (Direct Mode Control Units DMCU) mit jeweils zwei dissimilaren Kanäle (Channel A und Channel B) auf, die geeignet sind, über ein Bussystem miteinander zu kommunizieren. Dabei wird als besonders bevorzugt angesehen, wenn das Bussystem ein redundantes digitales bidirektionales Bussystem ist und insbesondere ein fehlertoleranter TTP-Bus, oder aber auch ein FlexRay-Bus, welche auf einem „Time-Triggered” Protokoll basieren und sich durch eine hohe Datenrate, Fehlertoleranz und durch garantierte Latenz-zeiten auszeichnen. Dabei seilen alle drei Regelungs- und Überwachungseinheiten über jeweils zwei Bus Controller verfügen, um die Kommunikation zu ermöglichen. Dadurch bieten die Kommunikationscontroller das notwendige Mass an Fehlertoleranz, Sicherheit und Verfügbarkeit für die Ansteuerung kritischer Applikationen.Preferably, the flight control system comprises three electronic control and monitoring units (Direct Mode Control Units DMCU), each with two dissimilar channels (Channel A and Channel B), which are suitable to communicate with each other via a bus system. It is considered to be particularly preferred if the bus system is a redundant digital bidirectional bus system and in particular a fault-tolerant TTP bus, or even a FlexRay bus, which are based on a "time-triggered" protocol and by a high data rate, fault tolerance and characterized by guaranteed latency times. All three control and monitoring units have two bus controllers each to enable communication. As a result, the communication controllers offer the necessary degree of fault tolerance, security and availability for the control of critical applications.
Dem erfindungsgemäßen Flugsteuerungssystem sind Klappensysteme zugeordnet, welche sowohl durch elektro-hydrostatische als auch durch elektrohydraulische Stellantriebe angetrieben werden. Diese sind über ihre lokalen Elektronikeinheiten, Remote Electronic Unit (REU) bzw. Motor Control Electronic (MCE) geeignet, mit den Regelungs- und Überwachungseinheiten über digitale bidirektionale Bussysteme zu kommunizieren, so dass die Stellantriebe durch die Regelungs- und Überwachungseinheiten angesteuert und überwacht werden können.Flap systems are associated with the flight control system according to the invention, which are driven by both electro-hydrostatic and electro-hydraulic actuators. These units, via their local electronic units, Remote Electronic Unit (REU) or Motor Control Electronic (MCE), are able to communicate with the control and monitoring units via digital bidirectional bus systems, so that the actuators are controlled and monitored by the control and monitoring units can.
Vorzugsweise ist jede der lokalen Motor Control Electronics (MCE) der elektro-hydrostatischen Stellantriebe mit jeweils zwei der dissimilaren Kanäle der Regelungs- und Überwachungseinheiten verbunden, so dass die Aktuator-ansteuerung selbst beim Ausfall einer der drei Regelungs- und Überwachungseinheiten, gewährleistet wird.Preferably, each of the local motor control electronics (MCE) of the electro-hydrostatic actuators is connected to two of the dissimilar channels of the control and monitoring units, so that the actuator control is guaranteed even if one of the three control and monitoring units fails.
Es wird als besonders bevorzugt angesehen, wenn an jede primäre Steuerachse dissimilare mikroporzessor-basierte Elektronikeinheiten (REUs, MCEs) zur Ansteuerung dieser angebracht werden, wobei jede primäre Steuerachse über jeweils eine Motor-Steuerelektronik (MCE) und über eine oder zwei Remote Electronic Units, REUs, angesteuert wird.It is considered to be particularly preferred if dissimilar micro-processor-based electronic units (REUs, MCEs) for controlling these are attached to each primary control axis, wherein each primary control axis is in each case via a motor control electronics (MCE) and via one or two remote electronic units, REUs, is controlled.
Dem erfindungsgemäßen Flugsteuerungssystem ist auch ein Multifunktions-Spoilersystem des Flugszeugs zugeordnet, wobei die Steuerflächen der einzelnen Spoiler direkt von den elektronischen Regelungs- und Überwachungseinheiten angesteuert werden, also ohne lokale Elektronikeinheiten an den Aktuatoren. Jede Spoiler-Steuerfläche weist dabei jeweils einen elektrohydraulischen Servoaktuator auf.The flight control system according to the invention is also associated with a multi-function spoiler system of the aircraft, wherein the control surfaces of the individual spoilers are controlled directly by the electronic control and monitoring units, ie without local electronics units on the actuators. Each spoiler control surface in each case has an electro-hydraulic servo actuator.
Es wird als besonders bevorzugt angesehen, wenn die Regelungs- und Überwachungselektroniken als dreifach redundante „Direct Mode Control Units”, DMCUs) aufgebaut sind, welche jeweils zwei dissimilare Aktuator Ansteuerkanäle Kanäle aufweisen. Dabei werden durch diese Direct Mode Control Unitsalle Klappen der primären Flugzeugsteuerung sowie das Multifunktions-Spoilersystem dezentral angesteuert, bzw. überwacht.It is considered to be particularly preferred if the control and monitoring electronics are constructed as triple-redundant "Direct Mode Control Units" (DMCUs), which each have two dissimilar actuator drive channels channels. All the flaps of the primary aircraft controller as well as the multi-function spoiler system are locally controlled or monitored by these Direct Mode Control Units.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Flugsteuerungssystem wenigstens zwei primäre Flugsteuerungs-Rechner („Flight Control Computer”, FCC1 und FCC2) auf, welche mit den Direct Mode Control Units (DMCUs) über ein redundantes digitales bidirektionales Bussystem kommunizieren.The flight control system according to the invention preferably has at least two primary flight control computers (FCC1 and FCC2) which communicate with the Direct Mode Control Units (DMCUs) via a redundant digital bidirectional bus system.
Somit können die primären Flugsteuerungs-Rechner sämtliche komplexen übergeordneten Regelalgorithmen bzgl. Flugregelung, Stabilisierung und Strukturschutz, sogenannt „normal mode”, berechnen und die Stellkommandos an die Direct Mode Control Units weiterleiten.Thus, the primary flight control computer all complex higher-level control algorithms in terms of flight control, stabilization and structure protection, so-called "normal mode", calculate and forward the control commands to the Direct Mode Control Units.
Vorzugsweise sind die Direkt-Mode-Steuereinheiten (DMCUs) geeignet, durch den Anschluß an die Piloten-Eingabe-Elemente auf der einen Seite und die Verbindung zu den lokalen Elektronikeinheiten (REUs, MCEs) an den Aktuatoren auf der anderen Seite auch ohne die Regelalgorithmen der primären Flugsteuerungs-Rechner mittels vereinfachter Regelgesetze des sogenannten „direct mode” die Steuerflächen auf die vom Piloten kommandierte Position zu stellen.Preferably, the direct mode controllers (DMCUs) are suitable, by connecting to the pilot input elements on the one hand and the connection to the local electronics units (REUs, MCEs) on the actuators on the other hand, even without the control algorithms the primary flight control computer by means of simplified control laws of the so-called "direct mode" to put the control surfaces on the pilot commanded position.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous developments and embodiments of the present invention will become apparent from the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert.The present invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment and the drawing.
Die Figur zeigt ein Blockbild eines erfindungsgemäßen Flugsteuerungssystems
Wie im Folgenden anhand der Figur erläutert wird, ist das erfindungsgemäße integrierte Flugsteuerungssystem
Wie aus der Figur ersichtlich, werden drei Klappensysteme
Lokale Elektronik-Schnittstellen „Remote Elektronic Units” (REUs)
Lokale Motor-Steuerelektronikeinheiten („Motor Control Units”, MCUs)
Eine weitere lokale Motor-Steuerelektronikeinheit (MCU)
Das Multifunktions-Spoilersystem
Bei dem erfindungsgemässen integrierten Flugsteuerungssystem
Die Direkt-Mode-Steuereinheiten (DMCUs)
Wie aus der Figur ersichtlich, sind sämtliche Piloten-Eingabe-Elemente
Die Kommandos werden dann über die Direkt-Mode-Steuereinheiten (DMCUs)
In der Figur sind sowohl das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung als auch eine mögliche praktische Flugzeugkonfiguration am Beispiel einer primären Flugsteuerung eines Transportflugzeugs mit nur zwei Hydraulik Versorgungen gezeigt. Die Piloten-Eingabe-Elemente können dabei sowohl herkömmliche Steuersäulen mit Sensoren, als auch passive oder aktive Side-Sticks für die Roll und Nick-Achsen sein. Das erfindungsgemäße Flugsteuerungssystem kann sowohl für zivile als auch für militärische Flugzeuge Verwendung finden.In the figure, both the principle of the inventive arrangement and a possible practical aircraft configuration using the example of a primary flight control of a transport aircraft with only two hydraulic supplies are shown. The pilot input elements may be both conventional control columns with sensors, as well as passive or active side sticks for the roll and pitch axes. The flight control system according to the invention can be used for both civil and military aircraft.
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