DE10315287B4

DE10315287B4 - Active storage, in particular for avionics in a high performance aircraft, and pneumatic component for such active storage

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Publication number: DE10315287B4
Application number: DE2003115287
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr. Gnauert; Axel Waldschmidt; Daniel Kohlrautz; Roger Wimmel; Hubertus Siebald; John Simpson; Reiner Manser
Original assignee: EADS Deutschland GmbH; ERAS Entwicklung and Realisation adaptiver Systeme GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH; ERAS Entwicklung and Realisation adaptiver Systeme GmbH
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: DE10315287A1

Abstract

Aktive Lagerung für in sechs Freiheitsgraden vibrations- und stoßempfindliche Objekte an einer sich bewegenden Struktur, insbesondere für ein Avionikgerät in einem Hochleistungsflugzeug, mit einem objektseitigen und einem strukturseitigen Anschlusselement, mit einer Mehrzahl von ansteuerbaren Fluid-Federelementen und mit als Dämpfungsgliedern wirkenden Drosselelementen, die jeweils eine lineare Wirkrichtung haben und die jeweils die beiden Anschlusselemente miteinander verbinden und mit Wegsensoren zwischen den Anschlusselementen sowie mit einer Steuerung zur Lageregelung des objektseitigen Anschlusselements in Abhängigkeit von den Signalen der Wegsensoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluid-Federelemente (10) einerseits und die als Dämpfungsglieder wirkenden Drosselelemente (6) andererseits jeweils für jeden Freiheitsgrad zu einer Federdämpfereinheit (4, 5) zusammengefasst sind und parallel zueinander wirkend geschaltet sind.active Storage for in six degrees of freedom vibration and impact sensitive objects on one Moving structure, especially for an avionics device in one High-performance aircraft, with an object-side and a structure-side Connection element, with a plurality of controllable fluid spring elements and with as attenuators acting throttle elements, each having a linear direction of action have and each connect the two connecting elements together and with displacement sensors between the connecting elements and with a Control for position control of the object-side connection element dependent on from the signals of the displacement sensors, characterized in that the Fluid spring elements (10) on the one hand and as attenuators acting throttle elements (6) on the other hand, each for each Degree of freedom to a spring damper unit (4, 5) are combined and connected in parallel with each other are.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Lagerung für in sechs Freiheitsgraden vibrations- und stoßempfindliche Objekte an einer sich bewegenden Struktur, insbesondere für ein Avionikgerät in einem Hochleistungsflugzeug, mit einem objektseitigen und einem strukturseitigen Anschlusselement, mit einer Mehrzahl von ansteuerbaren Fluid-Federelementen und mit als Dämpfungsgliedern wirkenden Drosselelementen, die jeweils die beiden Anschlusselemente miteinander verbinden und mit Wegsensoren zwischen den Anschlusselementen sowie mit einer Steuerung zur Lageregelung des objektseitigen Anschlusselements in Abhängigkeit von den Signalen der Wegsensoren.The The invention relates to active storage for in six Degrees of freedom Vibration and impact-sensitive objects on one moving structure, in particular for an avionics device in a high performance aircraft, with an object-side and a structure-side connection element, with a plurality of controllable fluid spring elements and with as attenuators acting throttle elements, each with the two connecting elements together connect and with displacement sensors between the connecting elements as well with a control for position control of the object-side connection element dependent on from the signals of the displacement sensors.

Eine aktive Lagerung der vorbezeichneten Bauart ist aus der DE 42 33 212 A1 bekannt. Das dort offenbarte Federsystem mit Fluidräumen zur Isolierung von Maschinenteilen und Messgeräten von der jeweiligen Unterlage dient der Lagerung von Maschinenteilen gegenüber einer bewegten Umgebung und offenbart eine geeignete Schwingungsdämpfung, bei der die Steifigkeit und/oder die Dämpfungswerte umgeschaltet werden können, um sich so ändernden Betriebsbedingungen anzupassen. Dabei kommen Fluid-Federsysteme und mit Drosseln ausgebildete Dämpfungssysteme zur Anwendung. Nachteilig an dem offenbarten Federsystem ist es, dass Federcharakteristik und Dämpfungscharakteristik immer voneinander abhängig sind, weil die dort verwendeten Drosselglieder immer in Reihe mit dem verwendeten Fluid-Federsystem liegen. Für eine Lagerung von hochempfindlichen Messgeräten, wie z. B. Avionikgeräten in der rauen Umgebung mit hohen Stoß- und Schwingungsbelastungen in einem Hochleistungsflugzeug sind die Anforderungen an eine Lageregelung einerseits und eine geeignete Schwingungsdämpfung andererseits sehr hoch, so dass das vorbekannte Federsystem für diesen Anwendungsfall noch nicht optimal geeignet ist.An active storage of the aforementioned type is from the DE 42 33 212 A1 known. The spring system with fluid chambers disclosed therein for isolating machine parts and measuring devices from the respective base serves to mount machine parts in relation to a moving environment and discloses suitable vibration damping in which the stiffness and / or the damping values can be switched in order to adapt to changing operating conditions , Fluid spring systems and damping systems designed with throttles are used here. A disadvantage of the disclosed spring system is that the spring characteristic and damping characteristic are always interdependent because the throttle members used there are always in series with the fluid spring system used. For storage of highly sensitive measuring devices, such. B. avionics equipment in the harsh environment with high shock and vibration loads in a high-performance aircraft, the requirements for a position control on the one hand and a suitable vibration damping on the other hand very high, so that the prior art spring system for this application is not optimally suited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine aktive Lagerung der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, die so hohen Anforderungen gerecht wird, dass sie für die Avionik in einem Hochleistungsflugzeug geeignet ist. Weiterhin soll ein pneumatisches Bauteil aufgezeigt werden, das bei der Umsetzung der Lagerung vorteilhaft einsetzbar ist.Of the Invention is the object of an active storage of the above described type that meet such high standards will that for you the avionics is suitable in a high performance aircraft. Farther a pneumatic component is to be pointed out, which during the conversion the storage is advantageously used.

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine aktive Lagerung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 beschrieben.The The object of the invention is achieved by active storage with the characteristics of the independent Patent claim 1 solved. advantageous embodiments are in the subclaims 2 to 12 described.

Die neue aktive Lagerung ist in 6 Freiheitsgraden wirksam und besitzt eine Fluiddämpfung. Die niedrigen Eigenfrequenzen sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung garantieren eine enorme Schwingungsisolation. Durch die integrierte Steuerung wird die Lagerung über Fluidfedern lagegeregelt.The new active storage is effective in 6 degrees of freedom and possesses a fluid damping. The low natural frequencies in both vertical and horizontal Direction guarantee an enormous vibration isolation. By the integrated control, the storage is position controlled by fluid springs.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß gestalteten aktiven Lagerung besteht darin, dass die aktiven Fluid-Federelemente angesteuert werden können ohne dass gleichzeitig die Druckverhältnisse an den Drosselelementen ebenfalls geändert werden. Die Druckverhältnisse an den Drosselelementen sind unabhängig von den Druckverhältnissen und damit der Federcharakteristik der Fluid-Federelemente einstellbar, so dass je nach den auftretenden Betriebsbedingungen die Charakteristik der Fluid-Federelemente und die Charakteristik der Drosselelemente voneinander unabhängig wählbar sind Die erfindungsgemäße Gestaltung weist auch den Vorteil auf, dass einerseits nur jeweils eine zu einer Baueinheit zusammengefasste Komponente für mehrere Funktionen, nämlich Lageregelung, Federung und Dämpfung vorgesehen ist, andererseits die Dämpfung unabhängig von der Federcharakteristik bzw. Lagerregelung einstellbar ist.One significant advantage of the inventively designed active storage is that the active fluid spring elements are controlled can without at the same time the pressure conditions on the throttle elements also changed become. The pressure conditions at the throttle elements are independent of the pressure conditions and thus the spring characteristic of the fluid spring elements adjustable so that ever according to the operating conditions that occur, the characteristic of the fluid spring elements and the characteristics of the throttle elements are independently selectable The inventive design also has the advantage that on the one hand only one to component grouped together for a number of functions, namely position control, Suspension and damping is provided, on the other hand, the attenuation regardless of the spring characteristic or bearing control is adjustable.

Die neue aktive Lagerung ist für eine Avionik eines Hochleistungsflugzeugs besonders geeignet, aber auch in anderen Umgebungen einsetzbar.The new active storage is for avionics of a high-performance aircraft particularly suitable, but can also be used in other environments.

Aus der DE 39 17 408 C2 ist zwar eine aktive Lagerung bekannt, die für extrem hohe Isolationsanforderungen bezüglich Schwingungen ausgelegt ist. Die dort offenbarte aktive Dämpfungseinrichtung arbeitet aber mit Linearmotoren und Luftfedern und ist insoweit baulich sehr aufwendig. Ein Hinweis auf die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer aktiven Lagerung findet sich in dieser Druckschrift nicht.From the DE 39 17 408 C2 Although an active storage is known, which is designed for extremely high isolation requirements with respect to vibrations. The disclosed there active damping device but works with linear motors and air springs and is so far structurally very expensive. An indication of the inventive design of an active storage is not found in this document.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt:One embodiment The invention will be explained with reference to the accompanying drawings. In the drawing shows:

1 einen Horizontalschnitt durch eine aktive Lagerung gemäß der Erfindung 1 a horizontal section through an active storage according to the invention

2 eine perspektivische Ansicht der aktiven Lagerung nach 1 2 a perspective view of the active storage after 1

3 eine perspektivische Ansicht des Grundrahmens der Lagerung gemäß 2 von unten 3 a perspective view of the base frame of the storage according to 2 from underneath

4 einen Axialschnitt durch ein pneumatisches Bauteil der Lagerung gemäß 2 4 an axial section through a pneumatic component of the storage according to 2

5 eine Explosionszeichnung des pneumatischen Bauteils gemäß 4 5 an exploded view of the pneumatic component according to 4

6 eine perspektivische Ansicht einer vertikalen Feder/Dämpfereinheit der aktiven Lagerung gemäß 2 6 a perspective view of a vertical spring / damper unit of the active storage according to 2

8 ein schematisches Funktionsschaubild zu einer vertikalen Feder/Dämpfereinheit gemäß 6 8th a schematic functional diagram of a vertical spring / damper unit according to 6

9 ein Blockschaltbild eines geschlossenen Regelkreises der Steuerung der aktiven Lagerung 9 a block diagram of a closed loop control of active storage

10 ein Wirkschaltbild einer Regelung eines aktiven Elements mit den zwei Luftfedern einer horizontalen Einheit gemäß 7 10 an action diagram of a control of an active element with the two air springs of a horizontal unit according to 7

Die wesentlichen Randbedingungen, die bei der Auslegung einer aktiven Lagerung berücksichtigt werden müssen, sind die Masse des zu isolierenden Objekts, bei der es sich im folgenden Beispiel um die Avionik eines Hochleistungsflugzeugs handelt, die auftretenden Vibrations- und Schockbelastungen bzw. die Anforderungen an das Isolationsverhalten und die Anforderungen an die Lagestabilität. Darüber hinaus muss bei der Lagerung Platz-, Gewichts- und Energiebedarf optimiert werden.The essential boundary conditions in the design of an active Storage should be considered have to, are the mass of the object to be isolated, in the following Example is the avionics of a high-performance aircraft, the occurring Vibration and shock loads or the requirements for the Insulation behavior and the requirements of the positional stability. Furthermore must be optimized for storage space, weight and energy requirements become.

Eine konkrete aktive Lagerung, die im folgenden als Beispiel beschrieben wird, ohne dass ihre Details die Offenbarung der vorliegende Erfindung beschränken sollen, wurde für eine zu isolierende Masse von 30 bis 40 kg ausgelegt.A concrete active storage, which is described below as an example without the details intended to limit the disclosure of the present invention, was for designed to be insulated mass of 30 to 40 kg.

Die aktive Lagerung muss so konzipiert sein, dass eine ausreichend hohe Lagestabilität gegenüber den auftretenden quasistatischen Lasten infolge von Flugmanövern gegeben ist. Im beschriebenen Beispiel sollen die maximalen quasistatischen Lasten durch die maximalen Beschleunigungen von 12 g (vertikal und 6 g (longitudinal bzw, lateral)) gegeben sein. Die quasistatischen Lasten betragen daher in vertikaler Richtung maximal ca. 5.000 N und in den anderen Richtungen maximal 2.500 N. Für Amplituden bis 5 g soll eine optimale Isolationswirkung gegeben sein. Für die z-Richtung war bis 9 g eine eingeschränkte Isolationswirkung und größer 9 g eine Endanschlagsdämpfung gefordert. Die am Gerät auftretenden Bewegungen sollten kleiner als 5 mm sein.The active storage must be designed so that a sufficiently high positional stability across from given the occurring quasi-static loads due to maneuvers is. In the example described, the maximum quasi-static Loads by the maximum accelerations of 12 g (vertical and 6 g (longitudinal or lateral)). The quasi-static Loads therefore amount to a maximum of about 5,000 N in the vertical direction and in the other directions a maximum of 2,500 N. For amplitudes up to 5 g, one should be given optimal isolation effect. For the z direction was up to 9 g a limited Insulation effect and greater 9 g an end stop damping required. The on the device occurring movements should be less than 5 mm.

Um das Ziel einer erheblichen Schwingungsreduktion an der Avionik gegenüber der Flugzeugstruktur zu erreichen, wurde das Konzept einer weichen Tragfederung (ca. 10 Hz Eigenfrequenz) verfolgt. Ein weiches Tragfedersystem ist jedoch nur realisierbar, wenn es eine Lageregelung gibt, die die quasistatischen Bewegungen ausgleicht, so dass Aktuatoren mit geringer Dynamik und großen Kräften in Frage kommen.Around the goal of a significant reduction in vibration on the avionics over the To achieve aircraft structure, was the concept of a soft suspension (about 10 Hz natural frequency) tracked. A soft suspension system However, this is only feasible if there is a position control, the the quasi-static movements compensates so that actuators with low dynamics and big forces come into question.

Das Tragfedersystem muss in sechs Freiheitsgraden wirksam sein.The Suspension spring system must be effective in six degrees of freedom.

Die Größe der Dämpfung ist ausschlaggebend für die sich einstellende kumulative Beschleunigung und sie bestimmt maßgeblich die auftretende Relativbewegung zwischen den Anschlusselementen der Lagerung, von denen im Folgenden das strukturseitige Anschlusselement auch als Tragstruktur und das objekt- d. h. avionikseitige Anschlusselement auch als Grundrahmen bezeichnet wird.The Size of the damping is crucial for the resulting cumulative acceleration and determines it decisively the occurring relative movement between the connection elements the storage, of which in the following the structure-side connection element also as a supporting structure and the object-d. H. avionics-side connection element Also referred to as the base frame.

Die in 1 und 2 wiedergegebene Lagerung 1 besteht aus einer Tragstruktur 2 als Anschlusselement zur Anbindung an die Flugzeugstruktur (nicht dargestellt), einem Grundrahmen 3 als Anschlusselement für die Avionik (nicht dargestellt) und vertikalen Einheiten 4 sowie horizontalen Einheiten 5 der aktiven Lagerung 1 als Bindeglied zwischen dem Grundrahmen 3 und der Tragstruktur 2. Die Tragstruktur 2 ist eine Basisstruktur, die als Flansch zur Anbindung der Lagerung 1 an die Flugzeugstruktur dient. Die Ausführung ist an die Anforderungen des Einzelfalls abzustimmen, wobei Festigkeit- und Stabilitätsanforderungen zu berücksichtigen sind. Der Grundrahmen 3 ist eine Plattform zur Aufnahme der Avionik und stellt gleichzeitig die Anbindungen für die Einheiten 4 und 5 bereit. Durch die optimierte Formgebung des Grundrahmens ist sichergestellt, dass durch sein dynamisches Verhalten, insbesondere in den Eigenmoden, keine kritischen Schwingungen in die an ihm zu lagernden Geräte eingeleitet werden.In the 1 and 2 reproduced storage 1 consists of a supporting structure 2 as a connection element for connection to the aircraft structure (not shown), a base frame 3 as connection element for the avionics (not shown) and vertical units 4 as well as horizontal units 5 active storage 1 as a link between the basic frame 3 and the support structure 2 , The supporting structure 2 is a basic structure that serves as a flange for connecting the storage 1 serves to the aircraft structure. The design must be adapted to the requirements of the individual case, taking into account strength and stability requirements. The basic frame 3 is a platform for recording the avionics and at the same time provides the connections for the units 4 and 5 ready. The optimized design of the base frame ensures that its dynamic behavior, especially in the eigenmodes, no critical vibrations are introduced into the devices to be stored on it.

3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Grundrahmens 3 von unten, wobei Verstrebungen 11 zu Erhöhung seiner Steifigkeit und ein Raum 12 zur Aufnahme der Steuerung der Lagerung zu erkennen sind. 3 shows a perspective view of the base frame 3 from below, with bracing 11 to increase its stiffness and a space 12 to recognize the control of the storage.

Die aktive Lagerung stellt die Isolation des Grundrahmens 3 mit der Avionik in sechs Freiheitsgraden sicher. Die wesentlichen Baugruppen bzw. Elemente der Lagerung sind: Pneumatikfederung und -dämpfung, d. h. die Einheiten 4 und 5 in 1 und 2, Wegsensoren 8 und 9 an jeder der Einheiten 4 und 5 und Ventile 7 für alle Einheiten 4 und 5 sowie eine Steuerung (nicht dargestellt) zur Ansteuerung der Ventile 7 in Abhängigkeit von den Signalen von Wegsensoren 8 und 9. Die aktive Lagerung 1 benötigt eine externe Druckluftversorgung von bspw. 7 bar und eine elektrische Spannungsversorgung von bspw. 28 V DC.The active storage represents the isolation of the base frame 3 safe with avionics in six degrees of freedom. The main components or elements of storage are: pneumatic suspension and damping, ie the units 4 and 5 in 1 and 2 , Displacement sensors 8th and 9 at each of the units 4 and 5 and valves 7 for all units 4 and 5 and a controller (not shown) for controlling the valves 7 depending on the signals from displacement sensors 8th and 9 , Active storage 1 requires an external compressed air supply of, for example, 7 bar and an electrical power supply of, for example, 28 V DC.

Die Lagerung 1 umfasst – wie aus 1 erkennbar – vier horizontale Feder-Dämpfereinheiten 5 sowie vier vertikale Feder-Dämpfereinheiten 4. Jeder der Feder-Dämpfereinheit 4 und 5 weist vier pneumatische Bauteile mit jeweils einer Luftkammer auf, wobei die Wirkrichtung von jeweils zwei pneumatischen Bauteilen kolinear aber entgegengesetzt ist. Zwei pneumatische Bauteile sind als Luftfeder 10 ausgebildet, die separat über Ventile 7 mit Druck beaufschlagt werden und sich damit gegeneinander verspannen. Zusammen bilden die beiden Luftfedern 10 einer Einheit 4 oder 5 ein aktives Element, da durch unterschiedliche Beaufschlagung ihrer Luftkammern über die Ventile 7 Kräfte bzw. hieraus resultierend Verschiebungen zwischen den Anschlusselementen 2 und 3 aktiv eingeleitet werden können. Zwei weitere pneumatische Bauteile bilden zusammen einen Dämpfer, sie sind hierzu über eine Drossel miteinander verbunden und werden mit einem Ruhedruck p_0D beaufschlagt Die vertikalen Feder-Dämpfereinheiten 4 sind in den vier Ecken der Tragstruktur 2 angebracht, die horizontalen Feder-Dämpfereinheiten 5 liegen in einer Ebene zwischen der Tragstruktur 2 und dem Grundrahmen 3. Die vertikalen Einheiten 4 wirken isolierend in z-Richtung (s_z) sowie in Rotation um die x- und y-Achse (φ_x und φ), die horizontalen Einheiten in x- und y-Richtung (s_x und s_y) sowie in Rotation um die z-Achse (φ_z).Warehousing 1 includes - how out 1 recognizable - four horizontal spring damper units 5 and four vertical spring damper units 4 , Each of the spring damper unit 4 and 5 has four pneuma table components, each with an air chamber, the effective direction of each of two pneumatic components is collinear but opposite. Two pneumatic components are used as air springs 10 formed separately via valves 7 be pressurized and thus braced against each other. Together, the two air springs 10 a unit 4 or 5 an active element, as by different loading of their air chambers on the valves 7 Forces or resulting displacements between the connection elements 2 and 3 can be actively initiated. Two other pneumatic components together form a damper, they are connected to each other via a throttle and are subjected to a static pressure p _0D The vertical spring-damper units 4 are in the four corners of the support structure 2 attached, the horizontal spring damper units 5 lie in a plane between the support structure 2 and the base frame 3 , The vertical units 4 have an insulating effect in the z-direction (s _z ) as well as in rotation about the x- and y-axis (φ _x and φ), the horizontal units in x- and y-direction (s _x and s _y ) as well as in rotation around the z-axis (φ _z ).

Jedes der pneumatischen Bauteile 13, von denen eines in den 4 und 5 separat wiedergegeben ist, weist eine Rollmembran 14, einen Stempel 15 und einen Grundkörper 16, 17 mit einem Unterteil 16 und einem ein Führungsgehäuse für die Rollmembran und den von dieser abgestützten Stempel 15 ausgebildeten Oberteil 17 auf. Die Luftkammer 18 des pneumatischen Bauteils 13 ist in axialer Richtung durch die Rollmembran 14 begrenzt. Der Grundkörper 16, 17 der horizontalen Einheiten 5 ist am Grundrahmen 3, derjenige der vertikalen Einheit 5 an der Tragstruktur 2 befestigt. Die Befestigung der Stempel 15 ist entsprechend an dem jeweils anderen Anschlusselement. Die Rollmembran 14 aus Elastomerwerkstoff wird mittels eines Wulstes formschlüssig zwischen dem Untereil 16 und dem Oberteil 17 des Grundkörpers 16, 17 gehalten. Axiale Bewegungen des Stempels 15 zu dem Grundkörper 16, 217 sind durch ein Abrollen der Rollmembran 14 am Grundkörper 16, 17 möglich. Der maximale Weg des Stempels beträgt je 5 mm in positiver und negativer Richtung aus einer Mittellage, in der die Stempel 15 der Lagerung 1 aktiv gehalten werden. Radiale Bewegungen eines an dem Stempel 15 gelagerten Befestigungselements 19 des pneumatischen Bauteils 13 werden durch einen Lagerring in Form eines Kugellagerrings 20 ermöglicht, der zwischen dem Stempel 15 und dem Anschlusselement 19 wirkt, ohne dass zusätzliche Steifigkeiten in das Gesamtsystem eingeführt werden. Darüber hinaus ist das pneumatische Bauteil 13 knickweich, wodurch das Gesamtsystem trotz der linearen Wirkrichtungen aller pneumatischer Bauteile 13 die gewünschten Rotationsfreiheitsgrade aufweist.Each of the pneumatic components 13 of which one in the 4 and 5 is shown separately, has a rolling diaphragm 14 , a stamp 15 and a body 16 . 17 with a lower part 16 and a guide housing for the rolling diaphragm and supported by this stamp 15 trained top 17 on. The air chamber 18 of the pneumatic component 13 is in the axial direction through the rolling diaphragm 14 limited. The main body 16 . 17 the horizontal units 5 is at the base frame 3 , the one of the vertical unit 5 on the supporting structure 2 attached. The attachment of the stamp 15 is corresponding to the other connection element. The rolling membrane 14 made of elastomeric material is by means of a bead form-fitting between the lower part 16 and the top 17 of the basic body 16 . 17 held. Axial movements of the punch 15 to the main body 16 . 217 are by rolling the rolling diaphragm 14 at the base body 16 . 17 possible. The maximum distance of the punch is 5 mm each in the positive and negative direction from a central position in which the stamp 15 storage 1 be kept active. Radial movements of one on the stamp 15 mounted fastener 19 of the pneumatic component 13 be through a bearing ring in the form of a ball bearing ring 20 allows the between the stamp 15 and the connection element 19 acts without additional stiffnesses being introduced into the overall system. In addition, the pneumatic component 13 kinky, whereby the entire system despite the linear directions of action of all pneumatic components 13 having the desired rotational degrees of freedom.

Jede Feder/Dämpfereinheit umfasst zwei gegeneinander verspannte Luftfedern 10 und einen dazu parallel geschalteten Dämpfer 6 (siehe 8). Die vertikalen Feder/Dämpfereinheiten 4, von denen eine in 6 separat wiedergegeben ist, sind in den Ecken der Tragstruktur 2 (siehe 1) befestigt. Eine horizontale Feder/Dämpfereinheit ist in 7 separat gezeigt. Die Luftfedern 10 und der Dämpfer 6 sind hier bezüglich ihrer Wirkrichtungen koaxial angeordnet aber dennoch parallel wirksam und von unten an den (hier nicht dargestellten) Grundrahmen geschraubt. Die Verbindung zur Tragstruktur (siehe 1) wird über zwei Befestigungsflansche 24 erreicht.Each spring / damper unit comprises two mutually tensioned air springs 10 and a damper connected in parallel 6 (please refer 8th ). The vertical spring / damper units 4 of which one in 6 is shown separately, are in the corners of the support structure 2 (please refer 1 ) attached. A horizontal spring / damper unit is in 7 shown separately. The air springs 10 and the damper 6 are arranged coaxially with respect to their directions of action but still effective parallel and screwed from below to the (not shown here) base frame. The connection to the supporting structure (see 1 ) has two mounting flanges 24 reached.

Die Funktion jeder Feder/Dämpfereinheit 4 und 5 geht aus 8 hervor, die eine vertikale Einheit 4 und die zugehörigen Ventile 7 sowie den zugeordneten Wegsensor 8 schematisch wiedergibt. Im lastfreien Zustand sind die Luftfedern 10 mit einem Ruhedruck beaufschlagt, der Grundrahmen 3 befindet sich in seiner Mittellage. Bedingt durch Flugmanöver treten Lastfälle in allen Raumrichtungen auf, diese führen zu Auslenkungen des Grundrahmens 3, die durch die Wegsensoren 8 und 9 erfasst werden. Entsprechend der auftretenden Lageänderung werden die Drücke in den beiden Luftfedern 10 mit Hilfe der Ventile 7 von der Steuerung der aktiven Lagerung 1 so eingeregelt, dass die Abweichung von der Mittellage möglichst gering ist. Die beiden Luftfedern 10 bilden also zusammen ein aktiv ansteuerbares Element zur Lageregelung aus. Als Ventile 7 können elektronisch gesteuerte Proportional-Druckregelventile mit Piezo-Ansteuerung zum Einsatz kommen. Mit einem integrierten Drucksensor wird der Istwert des Luftkammerdrucks gemessen und über eine interne Regelelektronik entsprechend des Sollwertes über eins der Ventile 7 korrigiert. Die Dämpfung des Dämpfers 6 beruht auf der Verbindung seiner Luftkammern 18 über eine Drossel 26.The function of each spring / damper unit 4 and 5 comes from 8th which is a vertical unit 4 and the associated valves 7 and the associated displacement sensor 8th schematically reproduces. In no-load condition are the air springs 10 subjected to a static pressure, the base frame 3 is in its middle position. Due to flight maneuvers load cases occur in all spatial directions, these lead to deflections of the base frame 3 passing through the displacement sensors 8th and 9 be recorded. According to the occurring change in position, the pressures in the two air springs 10 with the help of the valves 7 from the control of active storage 1 adjusted so that the deviation from the central position is as low as possible. The two air springs 10 together form an actively controllable element for position control. As valves 7 electronically controlled proportional pressure control valves with piezo control can be used. With an integrated pressure sensor, the actual value of the air chamber pressure is measured and via an internal control electronics according to the setpoint via one of the valves 7 corrected. The damping of the damper 6 is based on the connection of its air chambers 18 via a throttle 26 ,

Zur Ansteuerung der sechzehn Luftfedern 10 der acht Einheiten 4 und 5 werden insgesamt sechzehn Servo-Ventile 7 benötigt, diese sind in zwei Gruppen von jeweils acht Ventilen 7 an den Seiten des Grundrahmens 3 befestigt (2). Die Befestigungsplatten sind mit entsprechenden Bohrungen für die Luftanschlüsse der Ventile 7 versehen.For controlling the sixteen air springs 10 the eight units 4 and 5 a total of sixteen servo valves 7 needed, these are in two groups of eight valves each 7 on the sides of the base frame 3 attached ( 2 ). The mounting plates are provided with appropriate holes for the air connections of the valves 7 Mistake.

Das Wirkschaltbild der Regelung eines aktiven Elements mit zwei Luftfedern einer horizontalen Einheit ist in 10 dargestellt. Bei einer externen Belastung wird der Grundrahmen 3 aus seiner Ruhelage ausgelenkt. Diese Wegänderung wird mit einem Wegsensor und über die Drücke in den beiden Luftfedern registriert und dem Regelalgorithmus als Information zur Verfügung gestellt. Es werden zwei Stellsignale berechnet mit denen die beiden Druckregelventile so angesteuert werden, dass der Auslenkung entgegengewirkt wird.The operational diagram of the regulation of an active element with two air springs of a horizontal unit is shown in FIG 10 shown. An external load becomes the base frame 3 deflected from its rest position. This path change is registered with a displacement sensor and via the pressures in the two air springs and provided to the control algorithm as information. Two control signals are calculated with which the two pressure control valves are controlled so that the deflection is counteracted.

Der Regelkreis ist, wie in 9 gezeigt ist, als Kaskadenregelung aufgebaut. In der inneren Schleife ist eine Druckregelung realisiert, der eine Lageregelung überlagert ist. Die Druckregelung wird mit einem P-Regler, die Lageregelung mit einem PI-Regler realisiert.The control loop is as in 9 is shown, constructed as a cascade control. In the inner loop, a pressure control is realized, which is superimposed on a position control. The pressure control is realized with a P controller, the position control with a PI controller.

Die aktive Lagerung ist in dem konkreten Ausführungsbeispiel als standalone Variante ausgeführt und besitzt außer den mechanischen Schnittstellen lediglich eine Druckluft (7 bar) und eine elektrische Versorgung von 28 V DC. Beide wurden entsprechend den Randbedingungen im Flugzeug gewählt.The Active storage is in the specific embodiment as a standalone Variant executed and owns except the mechanical interfaces only compressed air (7 bar) and an electrical supply of 28 V DC. Both became appropriate the boundary conditions selected in the plane.

Eine in 6 Freiheitsgraden wirksame pneumatische Lagerung mit aktiver Lagestabilisierung wurde beschreiben, die neben den Ansprüchen an die Funktion auch solche an eine sehr kompakte Bauweise und an eine energieeffiziente Umsetzung realisiert. Die Lagerung hat in verschiedenen Tests bewiesen, dass sie auftretende Schwingungen um 15 dB, reduziert, in weiten Frequenzbereichen liegt die Reduktion deutlich darüber. Die Lageregelung garantiert für quasistatische Lasten bis 5 g die maximale zulässige Verschiebung des Geräts von 5 mm. Schockbelastungen bis 15 g werden auf 5 g reduziert.A in 6 degrees of freedom effective pneumatic storage with active Position stabilization was described in addition to the claims to the function even those to a very compact design and to a implemented energy-efficient implementation. The storage has different Tests proved that it reduces vibrations occurring by 15 dB, in wide frequency ranges, the reduction is significantly higher. The Position control guaranteed for quasi static loads up to 5 g the maximum permissible displacement of the device from 5 mm. Shock loads up to 15 g are reduced to 5 g.

11: Lagerungstorage
22: Strukturseitigesstructure-page
: Anschlusselement (Shelf)connecting element (Shelf)
33: Objektseitigesobject-page
: Anschlusselement (Tray)connecting element (Tray)
44: Vertikale Einheitvertical unit
55: Horizontale Einheithorizontal unit
66: Dämpferdamper
77: VentilValve
88th: Vertikaler Wegsensorvertical displacement sensor
99: Horizontaler Wegsensorhorizontal displacement sensor
1010: Luftfederair spring
1111: Verstrebungbrace
1212: Raumroom
1313: Pneumatisches Bauteilpneumatic component
1414: Rollmembranrolling diaphragm
1515: Stempelstamp
1616: Unterteil des Grundkörperslower part of the basic body
1717: Oberteil des Grundkörperstop of the basic body
1818: Luftkammerair chamber
1919: Befestigungselementfastener
2020: KugellagerringBall race
2121: Fußfoot
2222: Gehäuseteilhousing part
2323: LuftanschlussplatteAir connection plate
2424: Flanschflange
2525: Luftanschlussair connection
2626: Drosselthrottle

Claims

Active support for vibration-and shock-sensitive objects in six degrees of freedom on a moving structure, in particular for an avionics device in a high-performance aircraft, with an object-side and a structure-side connection element, with a plurality of controllable fluid spring elements and with throttle elements acting as attenuators, in each case have a linear direction of action and connect each of the two connection elements together and with displacement sensors between the connection elements and with a control for position control of the object-side connection element in response to the signals of the displacement sensors, characterized in that the fluid spring elements ( 10 ) on the one hand and the throttle elements acting as attenuators ( 6 ) on the other hand for each degree of freedom to a spring damper unit ( 4 . 5 ) are combined and connected in parallel with each other.

Active mounting according to claim 1, characterized in that the effective directions of several spring-damper units ( 4 . 5 ) in a plane between the connecting elements ( 2 . 3 ).

Active mounting according to claim 1 or claim 2, characterized in that the effective direction of each two spring-damper units ( 4 . 5 ) in the same plane parallel to each other and orthogonal to the directions of action of two other spring-damper units ( 4 . 5 ) are aligned.

Active mounting according to claim 3 or 4, characterized in that further spring damper units ( 4 . 5 ) whose directions of action are perpendicular to the plane between the connecting elements ( 2 . 3 ).

Active mounting according to claim 4, characterized in that the further spring damper units ( 4 . 5 ) in four outer regions of the connecting elements ( 2 . 3 ), which correspond to the corners of an imaginary rectangle.

Active bearing according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the attenuators ( 6 ) each have two mutually acting air chambers, which via a throttle ( 26 ) are interconnected.

Active bearing according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the fluid spring elements ( 10 ) two mutually acting air chambers ( 18 ), whose internal pressures are actively controllable.

Active bearing according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fluid spring elements ( 10 ) and the throttle elements ( 6 ) transversely soft to their respective direction of action at the connecting elements ( 2 . 3 ) are connected.

Active bearing according to one of claims 1 to 8, characterized in that spring damper units ( 5 ) are provided, in which the fluid spring element ( 10 ) and the throttle element ( 6 ) are arranged coaxially with each other.

Active bearing according to one of claims 1 to 9, characterized in that each fluid-spring element ( 10 ) a displacement sensor ( 8th ) assigned.

Active bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid spring elements ( 10 ) as a pneumatic unit with an air chamber ( 18 ), which in an axial direction through a rolling diaphragm ( 14 ) are limited, are formed and one on the rolling diaphragm ( 14 ) supported stamp ( 15 ), on which a fastening element ( 19 ) is arranged radially displaceable.

Active storage according to claim 11, characterized in that between the stamp ( 15 ) and the fastening element ( 19 ) a ball bearing ring ( 20 ) is arranged.