DE1082128B - Flugzeugsteuereinrichtung fuer schnelle Wendungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flugzeugsteuereinrichtung, und zwar insbesondere auf eine zum schnellen Manövrieren geeignete Handsteuereinrichtung, z. B. für Luftkämpfe.

Bei Handsteuereinrichtungen ist es allgemein bekannt, ein durch den Flugzeugführer zu betätigendes Handsteuer vorzusehen, welches entweder elektrisch oder hydraulisch Befehlssignale zur Steuerung der Ruder des Flugzeuges gibt.

Zum schnellen Manövrieren ist es weiterhin bekannt, ein zweites Handsteuer vorzusehen, welches bei ausgeschaltetem erstem Handsteuer die Befehlssignale gibt.

Eine Steuereinrichtung zum schnellen Manövrieren ist gemäß der Erfindung so eingerichtet, daß eine Ver-Stellung des Handsteuers anfangs eine sehr hohe und danach eine allmählich auf einen niedrigeren, im wesentlichen zu der Verstellung des Handsteuers proportionalen Wert absinkende Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges um die betreffende Steuerachse erzeugt.

Vorzugsweise wird dies dadurch erreicht, daß ein zur Betätigung des Ruders dienender Servomotor durch ein resultierendes Signal erregt wird, welches die Differenz zwischen einem dem Maß der Verstellung des Handsteuers entsprechenden Signal und einem allmählich auf einen höheren Wert ansteigenden Rückführungssignal darstellt.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, welche auf Drehbewegungen des Flugzeuges um jene Achse anspricht, um welche das Ruder zur Steuerung wirksam ist und in Abhängigkeit von einer solchen Drehbewegung ein Drehgeschwindigkeitssignal erzeugt, Einrichtungen zur Erzeugung eines Signals, welches ein verzögertes Abbild des Drehgeschwindigkeitssignals darstellt, Einrichtungen zur Addition des Drehgeschwindigkeitssignals und des verzögerten Abbildes des Drehgeschwindigkeitssignals, Einrichtungen zur Erlangung der Differenz zwischen dem ein Maß für die Verstellung des Handsteuers darstellenden Signal und dem von der Additionseinrichtung herrührenden Signal und Einrichtungen zur Speisung dieses Differenzsignals zur Erregung des Servomotors.

Das Handsteuer kann ein normales Handsteuer oder ein Hilfshandsteuer des Flugzeuges sein, und das Befehlssignal kann z. B. elektrisch oder hydraulisch sein. In einer weiteren Abwandlung kann das Handsteuer auch auf dem Boden angeordnet werden und z. B. mit einem führerlosen Flugzeug verbunden sein oder durch Funk od. dgl. ferngelenkt sein.

Bei einer plötzlichen Änderung des Befehlssignals erreicht das Summensignal einen hohen Wert, welcher auf einen kleineren, im wesentlichen'dem Befehlssignal gleichen Wert absinkt, wenn das Befehlssignal sich Flugzeugsteueremrichtung für schnelle Wendungen

Anmelder:

The Sperry Gyroscope Company Limited, Brentford, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt, München 2, Kauüngerstr. 8

Marcus Lionel Jofeh, Stolle Poges, Buckinghamshire, Frederick Arthur Suromerlin, Isleworth, Middlesex

(Großbritannien),

und Douglas George Downes, Pointe Ciaire (Kanada), sind als Erfinder genannt worden

nicht kontinuierlich ändert. Auf diese Weise wird, wenn ein Flugzeug in einer Kurve hinter einem sich bewegenden Ziel her gesteuert wird und die Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges in einem kurzen Zeitraum zu klein ist, eine Vergrößerung der Verstellung des Handsteuers zum Zwecke der Vergrößerung der Drehgeschwindigkeit nicht nur dazu führen, die stetige Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges zu vergrößern, sondern auch dazu, eine zusätzliche vorübergehende Drehgeschwindigkeit zu erzeugen. Ein solcher kurzer zusätzlicher Wert der Drehgeschwindigkeit hilft die Verzögerung der Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges hinter der Drehgeschwindigkeit des Zieles zu vermindern.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung, in welcher schematisch eine Flugzeugsteuereinrichtung zur Steuerung des Flugzeuges um eine seiner Achsen mit zwei wahlweisen Betriebsarten dargestellt ist, und zwar derjenigen für Schnellmanövrierung und derjenigen für normale Handbetätigung mit automatischer Stabilisierung.

Bei der Betriebsstellung für schnelles Manövrieren, z. B. für Zwecke des Luftkampfes, befinden sich die Relaiskontakte Al, AZ₁ A3 und A4 in der der in der Zeichnung dargestellten unerregten Stellung entgegengesetzten erregten Stellung.

Bei Bewegung des Hilfssteuers 15 wird ein in Größe und Polarität von seiner Verstellung abhängiges Be-

005 510/34

fehlssignal erzeugt, über den Relaiskontakt A 4 geleitet und algebraisch zu einem von der Verzögerungsstufe 13 herrührenden Signal addiert. Die maximale Größe dieses Summensignals wird als Funktion der Fluggeschwindigkeit durch eine vorgespannte Gleichrichterbegrenzungseinrichtung 2 begrenzt. Das Summensignal wird in einem Verstärker 18 verstärkt, welcher einen Verstärkungsfaktor von ungefähr 5 hat, und darauf algebraisch zu einem von dem Kreisel 10 herrührenden Signal in einer Kombinationsstufe4 hinzugefügt. Die Erzeugung der Signale in der Stufe 13 und der Kombinationsstufe 4 wird später beschrieben. Die Polaritäten dieser Signale sind so, daß das Befehlssignal des Handsteuers 15 der Summe der von dem Kreisel 10 und der Verzögerungsstufe 13 herrührenden Signale entgegengesetzt gerichtet ist.

Das kombinierte, von der Kombinationsstufe 4 her kommende Signal wird einem Verstärker 5 über eine veränderliche Steuereinrichtung 17 zugeführt, welche gemäß der Fluggeschwindigkeit und/oder der Machzahl gesteuert wird, aus Gründen, die weiter unten beschrieben werden. Der Ausgang des Verstärkers 5 steuert einen mit dem Ruder 7 verbundenen Servomotor 6. Ein Geber 8 des Servomotors, welcher mit dem Ausgang des Servomotors 6 verbunden ist, erzeugt ein Verstellungsrückführungssignal für den Eingang des Verstärkers 5.

Die Verstellung des Ruders 7 veranlaßt eine Drehung des Flugzeuges um die Steuerachse, so daß der Kreisel 10 einen Wechselstromausgang erzeugt, dessen Größe und Phase von Drehgeschwindigkeit und Drehsinn abhängig sind. Dieses Wechselstromsignal wird einem Diskriminator 11 zugeführt, welcher dieses Wechselstromsignal in ein Gleichstromsignal mit einer der Größe und Phase des Wechselstromsignals entsprechenden Größe und Polarität umformt.

Dieses Gleichstromsignal wird einerseits unmittelbar der Kombinationsstufe 4 und andererseits über den Kontakt A1 und eine Verzögerungsstufe 13 der Kombinationsstufe 4 zugeführt. Die Stufe 13 kann in bekannter Weise eine einfache iiC-Integrationsstufe sein. Der Ausgang hat dabei eine solche Polarität, daß er ZSU dem unmittelbar zugeführten Drehgeschwindigkeitssignal addiert wenden kann. Deshalb besteht, wenn sich das Signal des Kreisels 10 ändert, der Ausgang der Kombinationsstufe 4 in einem Signal, welches während einem der Zeitkonstante der Integrationsstufe entsprechenden Zeitintervall von einem Wert auf den anderen ansteigt, wobei die Zeitkonstante zweckmäßigerweise 1 Sekunde betragen kann. Deshalb ist bei Betätigung des Steuers 15 das Nettoeingangssignal des Verstärkers 5 eingangs hoch und sinkt dann ab, während das Rückführungssignal ansteigt.

Der Ausgang der Kombinationsstufe 4 kann als algebraische Summe eines Drehgeschwindigkeitsbefehlssignals des Handsteuers 15 und eines dem letzteren entgegengesetzt gerichteten Drehgeschwindigkeitsrückführungssignals angesehen werden und durch die Summe des Kreiselsignals und einem verzögerten Abbild des Kreiselsignals gebildet werden, wobei die beiden letztgenannten Signale eine dem Befehlssignal entgegengesetzte Polarität aufweisen.

Bei großen Drehgeschwindigkeiten herrscht die Steuerung durch die Rückführungsschleife des Kreisels 10 gegenüber jener durch die Rückführungsschleife des Gebers 8 vor, so daß die Einstellung des Handsteuers 1 eher dazu führt, eine Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges zu veranlassen als eine Verstellung des Ruders.

Bei der normalen Handsteuerverstellung mit automatischer Stabilisierung befinden sich die Relaiskontakte A1, A2, A3 und A4: in der in der Zeichnung dargestellten Stellung, so daß das normale Hand-Steuer 1 das Befehlssignal erzeugt. Ein von dem Diskriminator 11 herrührendes Signal wird über die Kontakte A1 nach der Umpoleinrichtung 12 geführt, bevor es über die Stufe 13 nach der Kombinationsstufe 4 geleitet wird, wobei das von der Stufe 13 herrührende

ίο Signal den Ausgang des Diskriminators 11 in der Kombinationsstufe 4 zu erniedrigen trachtet. Die Umpoleinrichtung enthält außerdem eine Abschwächungsstufe, welche zur Abschwächung des Eingangs dient, wobei der Abschwächungsfaktor ungefähr gleich dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers 18 ist. Auf diese Weise fällt bei Ansteigen des von dem Kreisel 10 herrührenden Drehgeschwindigkeitssignals das gesamte Rückführungssignal der Kombinationsstufe4voneinem Anfangswert auf einen sehr viel niedrigeren Wert ab.

Als Folge davon werden plötzliche Änderungen der durch die Verstellung des Handsteuers bewirkten Drehgeschwindigkeit durch die Änderung des von dem Kreisel 10 herrührenden Signals gedämpft. Die maximale Größe des Signals der Kombinationsstufe 4 wird als Funktion der Fluggeschwindigkeit durch einen vorgespannten Gleichrichter 16 begrenzt. Dies führt dazu, daß bei der üblichen Handsteuerung, wenn das Rückführungssignal niemals einen Grenzwert überschreitet, die Einstellung des Handsteuers 15 eine Verstellung des Ruders 7 eher veranlaßt als eine Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges, d. h., die Rückführungsschleife des Gebers 8 führt eher als die Geschwindigkeitsrückführungsschleife dazu, die Steuereinrichtung speziell bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten zu beherrschen, während plötzliche Änderungen in der Drehgeschwindigkeit, welche als Ergebnis der Einstellung des Handruders bewirkt werden, automatisch gedämpft werden, weil solche Änderungen, die z. B. infolge von Windstößen u. dgl. auftreten, welche kurzzeitig einen hohen Ausschlag ergeben können, ein Signal des Kreisels 10 erzeugen, welches das von der Verzögerungsstufe 13 erzeugte Signal übersteigt und vor diesem liegt.

Bei normaler Handsteuerung kann die Begrenzungseinrichtung 2, falls gewünscht, abgeschaltet werden.

Bei der Betriebsstellung der Steuerung für schnelles Manövrieren arbeitet dieses Rückführungssignal der Kombinationsstufe 4 nicht nur als beherrschendes Rückführungssignal während hoher Drehgeschwindigkeiten, sondern bewirkt zugleich eine Stabilisierung gegen äußere Störungen. Dies liegt daran, daß das Signal des Kreisels 10 für kurze Zeit durch ein analoges Signal ergänzt wird, und zwar bis zu einem Integral desselben, so daß das Verhalten des Flugzeuges, welches während kurzer Zeitabschnitte auf Störungen reagiert, analog dem Verhalten des Flugzeuges ist, welches durch Stabilisierungssignale gesteuert wird, die sowohl von einem Kreisel 10 als einem die Winkellage bestimmenden Kreisel erzeugt werden. Das Ver-

halten über längere Zeitabschnitte ist jedoch nicht analog zu einem solchen, in welchem ein die Winkellage steuernder Betrag benutzt wird, weil in diesem Falle keine langanhaltende Winkellagebezugsgröße benutzt wird.

Da die Drehgeschwindigkeitsrückführungsschleife das Flugzeug einschließt und da sich das Ansprechen des Flugzeuges auf eine Verstellung des Ruders 7 als Funktion der Fluggeschwindigkeit ändert, wird beim Fehlen veränderlicher Steuereinrichtungen 17 die Zunähme der Schleife mit einer Vergrößerung der Flug-

geschwindigkeit zunehmen. Um derartige Unstabilitäten, die durch eine solche Zunahme der Vergrößerung der Schleife verursacht werden, zu vermeiden, ist eine veränderliche Steuereinrichtung 17 zwischen der Kombinationsstufe 4 und dem Verstärker 5 vorgesehen. Die veränderliche Steuereinrichtung 17 wird als Funktion der Fluggeschwindigkeit in der Weise gesteuert, daß sie -bis zu einem wesentlichen Betrag der Zunahme der Schleifenvergrößerung entgegenwirkt, und zwar als Folge des stärkeren Ansprechens des Ruders bei größeren Fluggeschwindigkeiten.

Es ist nicht erforderlich, daß zwei verschiedene Handsteuer für diese beiden Betriebsarten der Steuerung benutzt werden, weil die Steuereinrichtung auch bei Benutzung eines einzelnen Steuers ähnlich dem normalen Steuerknüppel zufriedenstellend arbeiten würde, aber in manchen Fällen ist es vorteilhaft, ein Handsteuer zu benutzen, welches vorzugsweise mit niedrigen Rückstellkräften und dynamischen Ausgleichskräften sowie einer zähen Dämpfung ausgestattet ist.

Das Drehgeschwindigkeitssignal kann durch irgendeine auf die Drehgeschwindigkeit ansprechende Vorrichtung erzeugt werden, d. h. durch einen Kreisel,, einen Winkelbeschleunigungsmesser mit einer Integrationsstufe oder einem Beschleunigungsmesser für seitliche Abweichungen.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Flugzeugsteuereinrichtung für schnelle Wendungen durch Betätigung eines Ruders in Abhängigkeit von der Verstellung eines Handsteuers, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstellung des Handsteuers (15) eine Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges erzeugt, welche eingangs sehr groß ist und darauf allmählich auf einen niedrigeren Wert abfällt, der im wesentlichen proportional zu der Verstellung des Handsteuers ist.

2. Flugzeugsteuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zur Betätigung des Ruders (7) dienenden Servomotor (6), durch Einrichtungen (4,13,10) zur Erzeugung eines Signals, welches die Differenz zwischen dem Maß der Verstellung des Handsteuers (15) und einem Rückführungssignal bildet, wobei das Rückführungssignal von einem anfänglichen Wert allmählich auf einen höheren Wert ansteigt, und durch Einrichtungen (5) zur Speisung des Differenzsignals als Eingang zur Erregung des Servomotors.

3. Flugzeugsteuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Differenzsignal erzeugenden Einrichtungen (4, 13, 10) Einrichtungen (15) zur Erzeugung eines Signals enthalten, welches ein Maß für die Verstellung des Handsteuers ist, daß Einrichtungen (10, 13) zur Erzeugung eines Rückführungssignals mit zwei Komponenten vorgesehen sind, welche für eine bestimmte Drehgeschwindigkeit ein Maß der Drehgeschwindigkeit sind und ein verzögertes Abbild des Maßes der Drehgeschwindigkeit, wobei sie in dem gleichen Sinne wirken, und daß Einrichtungen (4) zur Kombination dieses Rückführungssignals vorgesehen sind.

4. Flugzeugsteuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführungssignal durch Kombination eines Signals, welches ein Maß für die Drehgeschwindigkeit des Flugzeuges darstellt, mit einem Signal, welches als Ausgang einer elektrischen iiC-Integrationsschaltung (13) gewonnen wird, erhalten wird, welcher das Drehgeschwindigkeitssignal als Eingang zugeführt wird.

5. Flugzeugsteuereinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Schalteinrichtungen (Al) zur Abschaltung des Drehgeschwindigkeitssignals von der Integrationsstufe (13) und zur Wiederverbindung desselben mit der Integrationsstufe (13) über eine Umpoleinrichtung (12), wobei das Rückführungssignal die Differenz zwischen dem Drehgeschwindigkeitssignal und einem ein verzögertes Abbild des Drehgeschwindigkeitssignals darstellenden Signals wind und zur Dämpfung kurzzeitiger Schwingungen des Flugzeuges auch bei plötzlichen Wendungen infolge Verstellung des Handruders dient.

6. Flugzeugsteuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (8) zur Erzeugung eines Signals, welches ein Maß für die Verstellung des Ruders ist, und durch Einrichtungen zur Speisung dieses Signals entgegen den anderen Signalen, um den Servomotor (6) zu erregen.

7. Flugzeugsteuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (2) zur Begrenzung der Größe des durch den Ausschlag des Handsteuers erzeugten Verstellsignals.

8. Flugzeugsteuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (16) zur Veränderung des Differenzsignals in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit.

9. Flugzeugsteuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Handsteuer (15) ein Hilfssteuer für das normale Handsteuer (1) ist, welches in dem Flugzeug vorgesehen ist, wobei Schalteinrichtungen (A3, A4) zur Umschaltung der Steuerung des Flugzeuges von einem Steuer auf das andere vorgesehen sind.

10. Flugzeugsteuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (2) zur Begrenzung des Rückführungssignals als Funktion der Fluggeschwindigkeit.

11. Flugzeugsteuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehgeschwindigkeitssignal von einem Kreisel (10) geliefert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©009· 510/34 5.60