DE1077984B - Anordnung zur Fluglagenregelung von Luftfahrzeugen - Google Patents

Description

Bei halb- oder vollautomatischen Steuerungsanlagen für Luftfahrzeuge sind Regelstrecken vorgesehen, die für jede der drei Raumlagen eine selbsttätig arbeitende Einrichtung aufweiseft·.- Jede Regelstrecke überträgt die durch Kreisel od. dgl. ermittelten Werte über einen Verstärker und Servoeinrichtungen auf die Rudermaschinen, um die aufgetretenen Abweichungen vom vorgesehenen Kurs bzw. den Höhen- und Querlagen zu kompensieren.

Für jede Regelstrecke müssen die Werte für den Lagenwinkel, die Winkelgeschwindigkeit und gegebenenfalls auch die Winkelbeschleunigung ermittelt werden.

Bei den bisher bekannten Lösungen werden die Winkelwerte, die für Lagenregelungen benötigt werden, mit Hilfe sogenannter freier Kreisel gemessen. Diese freien Kreisel sind Präzisionsgeräte, die an die Genauigkeit der Fertigung und an eine sachkundige Betreuung höchste Anforderungen stellen.

Zur Regelung der Winkelgeschwindigkeit werden bei den bekannten Anordnungen sogenannte gefesselte Kreisel verwendet. Diese gefesselten Kreisel sprechen nur auf eine Raumachse an und werden mit Hilfe von mechanisch wirksamen Federfesselgliedern oder auch mit entsprechenden elektrischen Mitteln in dieser Raumlage gehalten bzw. in die Raumlage zurückgebracht. Die Werte für die Winkelbeschleunigung können durch Differentiation der Drehgeschwindigkeitswerte gewonnen werden.

Da die Genauigkeit der Übertragung der im wesentlichen mechanisch ermittelten Werte unter Verwendung elektrischer Übertragungselemente im allgemeinen wesentlich größer ist als bei Benutzung mechanisch wirksamer Übertragungselemente, werden sämtliche durch die Kreisel ermittelten Werte in elektrische Werte umgesetzt. Hierzu können sowohl rein ohmsche Glieder, wei z. B. Potentiometer, als auch kapazitive oder induktive Elemente eingesetzt werden. Auch magnetfeldabhängige Widerstände kommen als elektrische Geber in Betracht.

Da man für die bekannten Lagenregeleinrichtungen mindestens zwei freie Kreisel einsetzen muß, wird der Gesamtaufwand für eine Lagenregelanordnung außerordentlich hoch, und es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, durch elektrische Zusatzschaltungen den Aufwand für die Lagenregelanordnung weitgehend herabzusetzen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zur Überwachung der Fluglage drei in jeweils senkrecht zueinander stehenden Achsen angeordnete, gefesselte Kreisel eingesetzt sind, aus deren Winkelgeschwindigkeitswerten durch Integration und Differentiation die zur Steuerung bzw. Korrektur der Fluglage benötigten Signale erzeugt werden.

Anordnung zur Fluglagenregelung
von Luftfahrzeugen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Gerald Klein und Herbert Poppmger,

Nürnberg,
sind als Erfinder genannt worden

Als Integrationsgeräte kommen vorzugsweise elektromotorische Integrationseinrichtungen in Betracht; es können dafür aber auch bekannte Netzwerke eingesetzt werden. Beim Einbau der gefesselten Kreisel im Luftfahrzeug ist darauf zu achten, daß sie nur die um die zugehörige Raumachse auftretenden Drehgeschwindigkeiten, also Winkelgeschwindigkeiten erfassen. Mit Hilfe eines Gebers, z. B. eines Potentiometergebers, werden die Winkelgeschwindigkeitswerte an das Integrationsgerät bzw. auf die Rudermaschine gegeben.

Die Winkelbeschleunigung, die als zusätzliche Komponente bei Flugregelungen benötigt wird, erhält man durch Differentiation der Winkelgeschwindigkeit. Als Differenziereinrichtung kommt im einfachsten Fall ein in einem Gleichstromkreis liegender Serienkondensator zum Einsatz. Solange die Winkelgeschwindigkeit konstant ist, liegt an diesem Kondensator eine vom Geber des gefesselten Kreisels eingespeiste Gleichspannung an. Ändert sich die Winkelgeschwindigkeit, so ergibt dies eine Änderung der Spannung am Kondensator, die von diesem als Impuls übertragen wird. Dieser übertragene Wert entspricht der Änderung der Drehgeschwindigkeit, also der Drehbeschleunigung. An Stelle der beschriebenen einfachen Serienkondensatoreinrichtung können auch bekannte Netzwerke eingesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Fluglagenregelung ist in der Zeichnung dargestellt; darin zeigt
Fig. 1 eine einzelne Regelstrecke und

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Fig. 2 eine Gesamtanordnung für die Fluglagenregelung.

Als Drehgeschwindigkeitsmesser ist in Fig. 1 ein gefesselter Kreisel 1 eingesetzt. Die von diesem Kreisel unter Verwendung eines Potentiometers 2 erm.ittelten Werte werden einerseits über die Leitung 3 und einen Verstärker 4 auf ein Integrationsgerät 5 und andererseits über ein Differentiationsgerät 6 auf einen weiteren Verstärker 7 gegeben. Die eingezeichneten Pfeile geben die Richtung an, in der die Werte weitergegeben werden. Bezeichnet man den Lagenwinkel mit φ, so ist der Wert für die Winkelgeschwindigkeit φ und der Wert für die Winkelbeschleunigung φ". Mit dem Integrationsmotor 5 ist über ein Untersetzungsgetriebe mechanisch ein Winkelgeber 8, z. B. ein Drehmelder, und ein Ringpotentiometer 9 als Basis verbunden. Ferner ist mit dem Integrationsmotor 5 eine Tachomaschine 10 gekuppelt. Am Ringpotentiometer 9 greift ein Sollwerteinsteller 11 an. Der Geber 8 liefert die absoluten Winkelwerte für das Anzeigegerät 12, während an dem als Basis ausgebildeten Ringpotentiometer 9 die vom Sollwert abweichenden Winkelwerte für den Verstärker 7 abgegriffen werden.

In den Verstärker 4 ist über die Leitung 13 noch ein Korrekturwert, der von einem Überwachungsgerät 14 geliefert wird, eingeführt. Dieser Wert wird durch den Vergleich zwischen den Werten des Gebers 8 and den von einem Kompaß oder Pendel gegebenen Werten gewonnen. Aus Gründen der Übersicht sind die entsprechenden Wirkleitungen in der Fig. 1, ebenso wie der zugehörige Kompaß oder ein Pendel, weggelassen. Durch das Überwachungsgerät 14 werden Fehler in der Integrationseinrichtung ausgeglichen. Hat ein Überwachungsgerät einen solchen Fehler festgestellt, so wird über den Verstärker 4 der Integrationsmotor 5 so lange beaufschlagt, bis die Stellung des Drehmelders 8 oder eines anderen Gebers mit der Stellung des Kompaß oder Pendels wieder übereinstimmt.

Der Tachogenerator 10 dient in bekannter Weise zur Kontrolle des Integrationsmotors 5. Durch Vergleich der Eingangsspannung des Verstärkers 4 mit der Spannung des Tachogenerators 10 wird ein Wert ermittelt, dessen Größe den Aussteuerungsgrad des Verstärkers 4 und damit die an den Integrationsmotor 5 angelegte Spannung ändert. Der auf die Rudermaschine 15 einwirkende Verstärker 7 verarbeitet den über die Leitung 16 kommenden Wert für den Drehwinkel, den über die Leitung 17 zugeführten Wert für die Winkelgeschwindigkeit und den über die Leitung 18 zugeführten Wert für die Winkelbeschleunigung. An der Rudermaschine 15 selbst kann noch ein Stellungsgeber 19 oder auch eine Tachomaschine für den Rückführwert angesetzt werden, der über die Leitung 20 ebenfalls auf den Verstärker 7 gegeben ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung ergibt sich wie folgt: Führt das Luftfahrzeug eine Lagenänderung aus, die sich auf den Kreisel 1 auswirkt, so wird über das Differentiationsglied 6 und den Verstärker 7 die Rudermaschine 15 sofort im Gegensinne beaufschlagt. Gleichzeitig erfährt auch die Größe der Winkelgeschwindigkeit in der Rudermaschine eine entsprechende Korrektur. Über den \^erstärker 4 und den Integrationsmotor 5 wird der der Lagenänderung entsprechende Winkel erfaßt und ebenfalls zur Korrektur auf den Verstärker 7 und damit auf die Rudermaschine 15 gegeben. Die dabei auftretende unvermeidliche Abtrift wird durch das Überwachungsgerät 14 in der oben beschriebenen Weise erfaßt und korrigiert. Hierdurch wird eine sehr große Genauigkeit der Regelstrecke und damit der Fluglagenregelung erreicht.

Da der Drehgeschwindigkeitsmesser, z. B. für den Kurswinkel, bei einer gleichzeitigen Änderung der Höhen- oder Querlage nicht mehr ganz einwandfrei um die richtige Raumlage mißt, kann durch eine Zusatzanordnung (s. Fig. 2) dafür Sorge getragen weiden, daß der Drehgeschwindigkeitskreisel für die Kurslage immer in der richtigen Raumlage gehalten wird.

Aus der in Fig. 2 gezeigten Fluglagenregelanlage ist ersichtlich, daß die Gesamtanordnung im wesentlichen aus drei gleichartigen Regelstrecken A, B und C aufgebaut ist. Die Regelstrecke A gehört zur Korrektur des Kurswinkels, die Regelstrecke B zur Korrektur des Neigungswinkels und die Regelstrecke C zur Korrektur des Querlagenwinkels. Als Geber für die Rudermaschine arbeitet ein verstellbares Ringpotentiometer als Basis, während das Kursanzeigegerät von einem Drehmelder eingespeist wird.

Das Überwachungsgerät für den Kurs ist als Kompaß 21 ausgebildet, zur Überwachung der Neigungsund der Querlage dienen die Pendelgeräte 22 und 23. Die Drehgeschwindigkeitsmesser Za, 2 b und 2 c sind bei dieser Anordnung auf einer gemeinsamen Plattform 24 befestigt. Die Plattform 24 ist kardanisch aufgehängt und kann mit Hilfe der Motoren 25, 26 bezüglich der Höhen- und Querlage nachgestellt werden. Die Motoren 25, 26 werden über Verstärker 27 und 28 entsprechend den Quer- und Höhenlagenwinkeln beaufschlagt. Die Werte hierfür werden durch die Geber 8 & und Sc und durch die ebenfalls auf der Plattform 24 befestigten Pendel 22 und 23 ermittelt. Das Horizontanzeigegerät 29 wird ebenso wie das Anzeigegerät 30 für den Kurs durch die Geber 8 für den Integrationswert eingespeist. Die Sollwerteinstellung durch die Handhaben 11 geschieht durch Verstellung einer sogenannten Basis. Mit Hilfe dieses drehbar gelagerten Ringteiles kann die Null-Lage der Geber 8, z. B. ein induktiver Drehmelder, verstellt werden.

Claims (11)

PatentANSPKücHE:

1. Anordnung zur Fluglagenregelung von Luftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Fluglage drei in jeweils senkrecht zueinander stehenden Achsen angeordnete, gefesselte Kreisel eingesetzt sind, aus deren Winkelgeschwindigkeitswerten durch Integration und Differentiation die zur Steuerung bzw. Korrektur der Fluglage benötigten Rückführsignale erzeugt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsfehler durch Überwachungseinrichtungen, beispielsweise Magnetkreisel und Pendelgeräte, korrigiert werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines motorisch betriebenen Integrationsgerätes.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines mit dem Integrationsmotor gekuppelten Tachogenerators, der die Drehgeschwindigkeit des Integrationsmotors auf den dem Integrationsmotor vorgeschalteten Verstärker zurückmeldet und diesen in Abhängigkeit von der Eingangsgröße im Vergleich zur Größe des vom Tachogenerator gelieferten Wertes steuert.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Misch-

ι uv/yö4

Verstärkers als Vorschaltelement für die Rudermaschinen, in den neben dem Lagenwert und den Werten für die Änderungsgeschwindigkeit und die Änderungsbeschleunigung auch ein von der Größe der Änderung abhängiger Rückführwert eingeführt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung dreier aufbaumäßig gleicher Integrationseinrichtungen, die als Ersatz der sonst üblichen Kurs- und Horizontkreiselgeräte für die Überwachung der Raumlage des Fluggerätes dienen.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der auf die Kurslage ansprechende Kreisel so im Luftfahrzeug angeordnet ist, daß seine Achslage bei Änderung der Neigung und Querlage nachgestellt wird.

8. Anordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachstellung der Lage des dem Kurs zugehörigen Kreisels durch Motoren erfolgt, die über Verstärker von den Integrationswerten der Querneigungs- und Längslage gesteuert werden.

9. Anordnung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Kreisel auf einer um die Quer- und Längslage durch entsprechende Motoren nachstellbaren Plattform angeordnet sind.

10. Anordnung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der nachstellbaren Plattform auch die Überwachungslagenpendel zur Festlegung des Nullwertes für die Neigungs- und Querlage angeordnet sind.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß S oll Wertabweichungen der Pendel zur Korrektur an dem dem Integrationsmotor vorgeschalteten Verstärker als proportionale Spannungswerte eingeführt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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