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Gesperre für eine mechanische Flugzeugsteuerung mit mehreren auf ein
gemeinsames Stellglied arbeitenden Steuereingängen Die Erfindung bezieht sich auf
ein Gesperre für eine mechanische Flugzeugsteuerung mit mehreren auf ein gemeinsames
Stellglied arbeitenden Steuereingängen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem mechanischem
Aufwand bei hoher Betriebssicherheit in einer Flugzeugsteuerung mit mehreren Steuereingängen
einen dieser Steuereingänge im Ruhestand frei von Rückwirkungen aus den anderen
Steuereingängen oder dem Stellglied zu halten, das an ein Ruder oder ein zu regelndes
Triebwerk angeschlossen ist. Diese Aufgabe tritt vor allem bei Steuerungen auf,
bei denen der Pilot mittels einer Handsteuerung willkürlich in eine automatische
Steuerung eingreifen kann.
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Bei derartigen Flugzeugsteuerungen, die keine Rückwirkungssperren
in der Handsteuerung aufweisen, kann der Pilot zwar fühlen, wie die parallelgeschaltete
automatische Steuerung arbeitet, es ist aber anstrengend für ihn, bei nichtbetätigter
Handsteuerung dauernd den aus -der automatischen Steuerung auf die Handsteuerung
rückwirkenden Kräften entgegenwirken zu müssen. Ist dagegen die Handsteuerung mit
einem hydraulischen Servosystem versehen, so hat der Pilot keine oder nur eine indirekte,
z. B. über einen Simulator erreichbare Fühlung mit der automatischen Steuerung.
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Es sind hydraulische Kraftübertragungsvorrichtungen bekannt, die einen
doppeltwirkenden, durch den Arbeitskolben in zwei Arbeitsräume unterteilten Motorzylinder
aufweisen, sowie mechanische Sperrvorrichtungen, die bei jeder beliebigen Stellung
des Arbeitskolbens wirksam werden können. Diese Kraftübertragungseinrichtungen erfordern
einen Motorzylinder, in den ein Arbeitskolben und zwei Hilfskolben eingepaßt sind,
sowie ein Paar zusätzlicher Pumpen, die durch Rohrleitungen mit den beiden Arbeitsräumen
des Motorzylinders verbunden sind. Bei einer Verwendung dieser Einrichtung in der
eingangs beschriebenen Flugzeugsteuerung müßte die Handsteuerung auf die zusätzlichen
Pumpen arbeiten, und die Kolbenstange des Arbeitskolbens müßte an das Stellglied
angelenkt sein. Die Betätigung des Stellgliedes erfolgte also mit hydraulischen
Mitteln, während die Rückwirkungen des Stellgliedes mit mechanischen Mitteln von
der Handsteuerung ferngehalten werden würden. Bei Ausfall der hydraulischen Einrichtung
hätte daher der Pilot ohne großen zusätzlichen mechanischen Aufwand keinen Einfluß
mehr auf die Steuerung des Flugzeuges.
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Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf ein Gesperre für eine
mechanische Flugzeugsteuerung mit mehreren auf ein gemeinsames Stellglied arbeitenden
Steuereingängen, das in einem Steuereingang angeordnet ist und eine Rückwirkung
vom Stellglied auf den besagten Steuereingang verhindert, bei dem erfindungsgemäß
das Gesperre als hydraulische Rückwirkungssperre mit passiver Ölfüllung ausgebildet
ist.
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Die übertragung der Steuerbewegung erfolgt hier mit kaum störanfälligen
mechanischen Mitteln. Mit wechselnder Größe und Richtung am Eingang des Gesperres
eingegebene Steuerbewegungen werden mittels eines Gestänges . dem Stellglied zugeführt,
während das hydraulische Gesperre verhindert, daß vom Stellglied Kräfte auf den
Steuereingang zurückwirken. Die Steuerung bleibt also auch dann funktionsfähig,
wenn die hydraulischen Mittel in ihrer Funktion gestört sind.
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Nach einer Weiterbildung -der Erfindung ist in einem an die Flugzeugzelle
angelenkten hydraulischen Zylinder ein mit überströmkanälen und diese Kanäle verschließenden
Ventilen- versehender Kolben gelagert. Eine eingangsseitige und an einem Steuereingang
Angelente Kolbenstange ist am Kolben mit axialem Spiel derart befestigt, daß bei
axialen Bewegungen der Kolbenstange wechselweise die in den Überströmkanälen des
Kolbens angeordneten Ventile zu öffnen sind. Das zum Steuern der Ventile erforderliche
axiale Spiel der Kolbenstange ist dabei so gering, daß die zu übertragenden Steuerbewegungen
nicht merklich beeinflußt werden. Eine ausgangs-' seitige Kolbenstange ist spielfrei
am Kolben befestigt und am Stellglied angelenkt. Vom Stellglied über diese Kolbenstange
auf den -Kolben rückwirkende Kräfte können den bei geschlossenen Ventilen durch
eine passive CSlfüllung im Zylinder blockierten Kolben nicht bewegen.
Bei
einer Ausführungsform der Erfindung wird dieses Blockieren dadurch erreicht; daß
die überströmkanäle einen für beide Bewegungsrichtungen des Kolbens gemeinsamen
Durchlaß bilden, in dem federbelastete Rückschlagventile mit einander entgegengesetzten
Durchlaßrichtungen angeordnet sind. Die Blockierung wird durch eine axiale Bewegung
der mit Spiel am Kolben befestigten eingangsseitigen Kolbenstange aufgehoben, welche
dabei eines der Ventile öffnet, während das andere Ventil durch den bei der Bewegung
auftretenden Öldruck geöffnet wird, der gegen die Kraft der relativ schwachen Ventilfeder
wirkt.
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In einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind für entgegengesetzte
Bewegungsrichtungen des Kolbens voneinander getrennte und zueinander parallel angeordnete
überströmkanäle vorgesehen, in denen Rückschlagventile mit relativ starken Federn
und einander entgegengesetzten Durchlaßrichtungen angeordnet sind. Je nach Auslegung
der Ventile und deren Federn kann dabei eine Sperrung der Rückwirkung vom Ausgang
auf den Eingang vorgenommen werden, die beim überschreiten einer zulässigen, am
Ausgang angreifenden Kraft aufgehoben wird und eine Rückwirkung auf den Eingang
zuläßt. Diese Anordnung ist dann von Vorteil, wenn bestimmte maximal zulässige und
auf das Stellglied wirkende Kräfte nicht überschritten werden sollen.
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Bei einer speziellen Weiterbildung der Erfindung ist die Rückwirkungssperre
zwischen der Handsteuerung und dem einen Arm eines zweiarmigen Hebels angeordnet,
an dessen anderem Arm eine automatische Steuerung angreift. Der zweiarmige Hebel
ist in der Bewegungsrichtung der Steuereingänge verschiebbar und um sein Lager drehbar
an einem Stellglied aasgelenkt. An Stelle einer automatischen Steuerung können wechselweise
oder zugleich verschiedene automatische Steuersysteme angreifen, ohne auf die Handsteuerung
eine Rückwirkung auszuüben. Es ist auch eine Steuerung möglich, bei der zugleich
oder wechselweise die Handsteuerung und die automatische Steuerung betätigt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt
F i g.1 eine mechanische Flugzeugsteuerung in schematischer Darstellung bei gleichzeitiger
oder wechselweiser Betätigung der Handsteuerung und der automatischen Steuerung,
F i g. 2 die im Eingang der Handsteuerung angeordnete Rückwirkungssperre im Längsschnitt
und mit einem größeren Maßstab dargestellt, F i g. 3 eine der F i g. 2 entsprechende
Darstellung für eine andere Ausführungsform der Rückwirkungssperre.
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F i g. 1 zeigt eine mechanische Flugzeugsteuerng 1 zur Steuerung eines
in der Zeichnung nicht dargestellten Ruders oder Triebwerkes. Eine Handsteuerung
2 und eine automatische Steuerung 3 sind an den beiden Enden 4 und 5 eines zweiarmigen
Hebels 6 aasgelenkt, der um sein Lager 7 drehbar am Stellglied 8 aasgelenkt ist.
Auf das Stellglied 8 können gleichzeitig oder wechselweise von den Steuereingängen
9 bzw. 10 Steuerbewegungen von der Handsteuerung 2 oder der automatischen
Steuerung 3 eingegeben werden. Eine Betätigung der Handsteuerung entsprechend den
Pfeilen A, A' bewirkt eine Bewegung des Stellgliedes 8, die den Pfeilen B
entspricht. Dieser Bewegung kann eine weitere Steuerbewegung überlagert sein, die
durch die Pfeile C dargestellt ist und von der automatischen Steuerung 3 eingegeben
wird. Dabei können an Stelle des einen Eingangs 10 auch noch weitere Eingänge automatischer
Steuerungen in gleicher Weise angeschlossen sein. Zwischen der Handsteuerung 2 und
dem zweiarmigen Hebel 6 ist eine hydraulische Rückwirkungssperre 11 mit passiver
Ölfüllung angeordnet, die eine Rückwirkung der automatischen Steuerung 3 auf die
Handsteuerung 2 verhindert und in der Beschreibung zu den F i g. 2 und 3 näher erläutert
wird.
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F i g. 2 zeigt die zwischen der Handsteuerung 2 und dem zweiarmigen
Hebel 6 angeordnete Rückwirkungssperre 11 im vergrößerten Maßstab und im Längsschnitt.
In einem hydraulischen Zylinder 12 ist ein Kolben 13 angeordnet, zu dessen
beiden Seiten Zylinderräume 14 und 15 mit passiver Ölfüllung liegen.
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Der Kolben weist überströmkanäle 16 und 17 auf, welche durch Rückschlagventile
18 und 19 verschlossen sind, die unter dem Druck von Federn
20
und 21 stehen. Eine Kolbendichtung 22 verhindert bei geschlossenen Ventilen
18 und 19 einen Ölaustausch zwischen den Zylinderräumen 14 und
15.
Der Kolben 13 und seine ausgangsseitige Kolbenstange 23 bleiben
in Ruhe, wenn axiale Kräfte auf die ausgangsseitige Kolbenstange 23 wirken,
an der der Kolben 13 aasgeformt ist. Wirkt dagegen eine axiale Kraft auf die eingangsseitige
Kolbenstange 28, so öffnet ein senkrecht zur Bewegungsrichtung in der Kolbenstange
28 gelagerter Bolzen 25 eines der beiden Rückschlagventile 18 oder 19, die in einer
gemeinsamen Hülse angeordnet sind, welche im Kolben 13 und in der eingangsseitigen
Kolbenstange 28 in Richtung ihrer Längsachsen verschiebbar geführt ist. Dabei
tritt in den überströmkanälen 16 und 17 ein Öldruck auf, durch den gegen die Kraft
der Ventilfeder 21 oder 20 das andere Rückschlagventi119 oder
18
geöffnet und damit die axiale Bewegung des Kolbens freigegeben wird. Das
zum Öffnen der Ventile 18 bzw. 19 erforderliche axiale Spiel 24 der eingangsseitigen
Kolbenstange 28 ist gegenüber deren Steuerbewegungen klein und daher ohne störenden
Einfluß. Es ist mittels einer in den Kolben eingeschraubten Gewindehülse 27 einstellbar,
die an einem Bund 26 der eingangsseitigen Kolbenstange 28 anliegt. Außer dem durch
die Handsteuerung einzugebenden Steuervorgang sind keine zusätzlichen Schaltvorgänge
zum Lösen und Sperren der Rückwirkungssperre auszuführen. An seinen Enden ist der
hydraulische Zylinder 12 durch Verschlußstopfen 29 und Dichtungen 30 und 31 in bekannter
Weise abgedichtet.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Rückwirkungssperre, bei der
die Sperrwirkung aufgehoben wird, wenn rückwirkende Kräfte auftreten, die eine maximal
zulässige Größe überschreiten, ist in der F i g. 3 dargestellt.
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In einem hydraulischen Zylinder 32 ist ein Kolben 33 angeordnet, zu
dessen beiden Seiten Zylinderräume 34 und 35 mit passiver Ölfüllung
liegen.
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Der Kolben weist überströmkanäle 36 und 37 auf, die durch Tellerventile
38 und 39 verschlossen sind, welche unter dem Druck von Federn 40 und
41
stehen. Eine Kolbendichtung 42 verhindert bei geschlossenen Ventilen 38
und 39 einen Ölaustausch zwischen den Zylinderräumen 34 und 35. Der Kolben 33 und
seine ausgangsseitige Kolbenstange 43 bleiben in Ruhe, wenn axiale Kräfte auf die
ausgangsseitige
Kolbenstange 43 wirken, die an einer in den Kolben
eingeschraubten Hülse 45 befestigt ist. Wirkt dagegen eine axiale Kraft auf die
eingangsseitige Kolbenstange 48, die mit axialem Spiel 44 am Kolben 33 befestigt
ist, so wird von einer gleitend im Kolben geführten und mit einem Gewindezapfen
46 der eingangsseitigen Kolbenstange 48 verschraubten Hülse 47 eines der
beiden Ventile 18 oder 19 geöffnet, wodurch ein Überströmkanal36 oder
37 freigegeben wird, so daß sich der Kolben axial bewegen kann und die ausgangsseitige
Kolbenstange 43, die mit dem Kolben fest verbunden ist, dieser Bewegung folgt. Das
zum Öffnen der Ventile 38 bzw. 39 erforderliche axiale Spiel 44 der eingangsseitigen
Kolbenstange 48 ist gegenüber deren Steuerbewegungen klein und daher ohne störenden
Einfluß. Treten in der ausgangsseitigen Kolbenstange 43 unzulässig hohe axial gerichtete
Kräfte auf, die zu einer Beschädigung des aasgelenkten Organs führen könnten, so
wird das eine oder das andere der Ventile 38 oder 39 durch den auf ihm lastenden
öldruck geöffnet, wodurch der- Kolben axial verschoben wird und eine Rückwirkung
auf die eingangsseitige Kolbenstange 48 eintritt. Durch geeignete Auslegung
der Ventile 38, 39 und Ventilfedern 40, 41 ist die Rückwirkungssperre an die jeweils
vorliegenden Verhältnisse anpaßbar.