DE1218886B

DE1218886B - Safety device in aircraft to eliminate dangerous accelerations

Info

Publication number: DE1218886B
Application number: DEB57414A
Authority: DE
Inventors: Christopher Alois Rafferty
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1959-04-10
Filing date: 1960-04-08
Publication date: 1966-06-08

Description

Sicherheitseinrichtung in Luftfahrzeugen zur Ausschaltung gefährlicher Beschleunigungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitseinrichtung für Luftfahrzeuge zur Ausschaltung gefährlicher Beschleunigungen mit Hilfe signalerzeugender Vorrichtungen zur Begrenzung der von Stellmotoren gesteuerten Auslenkungen der Ruderflächen.Safety device in aircraft to eliminate dangerous Accelerations The invention relates to a safety device for Aircraft to eliminate dangerous accelerations with the help of signal generating Devices for limiting the deflections of the rudder surfaces controlled by servomotors.

Es sind zahlreiche Einrichtungen bekannt, die ähnliche Ziele verfolgen. Um den Unterschied zu der Sicherheitseinrichtung nach der Erfindung erkennbar zu machen, sollen die wesentlichen Züge der bekannten Einrichtungen im folgenden beschrieben werden.Numerous institutions are known to pursue similar goals. To make the difference to the safety device according to the invention recognizable make, the main features of the known devices are described below will.

Es ist eine Sicherheitsvorrichtung bekannt, die in Flugzeugen verwendet wird, die einen Autopiloten besitzen, bei dessen Verwendung damit zu rechnen ist, daß er einmal versagt. Eine derartige Einrichtung funktioniert durch Verwendung eines Paares von Schaltern, die in Tätigkeit treten, wenn bestimmte Grenzwerte über- bzw. unterschritten werden, wobei die Stellungen der Schalter in Abhängigkeit der Ruderflächenstellung eingestellt werden. Diese Schalter bewirken, daß die Flugzeugsteuerung im Fall des Versagens des Autopiloten automatisch auf Handbedienung umgeschaltet wird.There is known a safety device used in aircraft who have an autopilot that can be expected when used that he will fail once. Such a device works by use a pair of switches that come into action when certain limit values are exceeded or are undercut, the positions of the switches depending on the Rudder surface position can be adjusted. These switches operate the aircraft controls automatically switched to manual control in the event of the failure of the autopilot will.

In einer anderen Sicherheitsvorrichtung wird für den Fall, daß die Stromstärke in irgendeiner der an den Stellmotor unmittelbar angeschlossenen Primärwicklungen von Transformatoren abnorme Maße, annimmt, der Stellmotor von der Stromquelle, die ihn speist, getrennt sowie ein Wamsignal abgegeben.In another safety device, in the event that the Amperage in any of the primary windings directly connected to the servomotor of transformers abnormal dimensions, the servomotor from the power source that assumes feeds him, separately and emits a warning signal.

Eine anders wirkende Sicherheitseinrichtung weist ein automatisches Luftfahrzeugsteuerungssystem auf, das auf Signale anspricht, die aus der Fluggeschwindigkeit und aus der Lageänderung des Luftfahrzeugschwerpunktes resultieren. Dieses System schließt einen Beschleunigungsmesser ein, der, sobald eine vorgeschriebene Beschleunigung überschritten wird, dem Ruderstellmotor ein Signal zuführt, worauf dieser durch Handbetätigung übersteuert werden kann.A differently acting safety device has an automatic one Aircraft control system that is responsive to signals derived from airspeed and result from the change in position of the aircraft's center of gravity. This system includes an accelerometer that, as soon as a prescribed acceleration is reached is exceeded, the rudder servomotor sends a signal, whereupon it by Manual operation can be overridden.

Eine der letzteren ähnliche Sicherheitseinrichtung enthält Beschleunigungsmesser, die in Richtung einer bestimmten Achse wirken und die, sobald eine gegebene Beschleunigungsgrenze erreicht ist, den Autopiloten abschalten. Der Nachteil dieser Einrichtung ist, daß sie einwandfrei nur auf Beschleunigungen anspricht, die in Richtung der Achse liegen.A safety device similar to the latter includes accelerometers, which act in the direction of a certain axis and which, as soon as a given acceleration limit is reached, switch off the autopilot. The disadvantage of this facility is that it only responds properly to accelerations that lie in the direction of the axis.

Schließlich ist noch eine Sicherheitseinlichtung für eine Flugzeugsteuerung bekannt, bei der drei verschiedene Betätigungsarten für den Ruderstellmotor vorgesehen sind: erstens von Hand über mechanische Verbindungsglieder, zweitens von Hand über elektrische Verbindungsglieder, drittens vollautomatisch. Sobald eine unzulässige Ruderstellung eingetreten ist, sorgt die Sicherheitseinrichtung dafür, daß bei vollautomatischer Steuerung auf Handbetätigung umgeschaltet wird. Der Augenblick, in dem die Umschaltung vorgenommen wird, wird durch die Stellung der Ruderfläche zu einer über einen relativ langen Zeitraum bestimmten Mittelstellung bestimmt. Die Signalgeber reagieren damit auf eine bestimmte Differenzspannung, die bei einer bestimmten Winkeldifferenz zwischen der Augenblicksstellung der Ruderfläche und der langzeitlichen Mittelstellung derselben entsteht. Zur Einstellung des gewissermaßen »wandernden Nullpunktes« ist eine Integriervorrichtung erforderlich.Finally there is a safety light for an aircraft control known, in which three different types of actuation are provided for the rudder servomotor are: firstly by hand using mechanical connecting links, secondly by hand using electrical connecting links, thirdly, fully automatic. As soon as an inadmissible Rudder position has occurred, the safety device ensures that with fully automatic Control is switched to manual operation. The moment when the switch is made, is made by the position of the rudder surface to an over a relative determined middle position for a long period of time. The signal generators react with it to a certain differential voltage that occurs at a certain angular difference between the instantaneous position of the rudder surface and the long-term central position of the same arises. An integrating device is used to set the "wandering zero point" so to speak necessary.

Hiervon unterscheidet sich die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung grundsätzlich. Bei ihr wird der Stellmotor von einer bestimmten Signalstärke an außer Betrieb gesetzt und dadurch die Ruderfläche blockiert. Es liegt also nicht eine Umschaltung einer Betätigungsart auf eine andere, sondern eine Abschaltung vor.The safety device according to the invention differs from this basically. With her, the servomotor starts from a certain signal strength put out of operation and thereby blocked the rudder surface. So it is not a switch from one type of actuation to another, but a shutdown before.

Außerdem werden die von der Ruderfläche unmittelbar beeinflußten Signale nicht durch die Differenz zwischen der Momentanstellung der Ruderfläche und einer anderen bestimmt, sondem durch Größen, die von der Bewegung der Ruderfläche abhängen. Insbesondere handelt es sich bei den bestimmenden Größen um die Winkelgeschwindigkeit der Ruderfläche und ihre Winkelbeschleunigung oder um beide gemeinsam. Das bedeutet, daß das endgültige Signal bestimmt ist durch i(t) und/oder .7(t).In addition, the signals directly influenced by the rudder surface not by the difference between the instantaneous position of the rudder surface and one determined by others, but by quantities that depend on the movement of the rudder surface. In particular, it concerns the determining Sizes around the Angular velocity of the rudder surface and its angular acceleration or around both together. This means that the final signal is determined by i (t) and / or .7 (t).

Auch ist daraus, daß die Einrichtung nach der Erfindung keiner Integrationseinrichtung bedarf, zu erkennen daß Herstellung, Aufbau und Wartung bei ihr wesentlich einfacher sind.It is also evident from this that the device according to the invention is not an integration device requires to recognize that production, construction and maintenance are much easier with her are.

Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung ist gekennzeichnet durch die Erzeugung eines resultierenden Signals, das sich aus Signalen der Winkelgeschwindigkeit und der Beschleunigung sowie anderen Flugparametern zusammensetzt, die den Bewegungen der Ruderfläche proportional sind, und das den Stellmotor bei Erreichen einer bestimmten Amplitudenstärke abschaltet.The safety device according to the invention is characterized by the generation of a resulting signal made up of signals of angular velocity and the acceleration as well as other flight parameters that make up the movements the rudder area are proportional, and that the servomotor when reaching a certain Amplitude strength switches off.

Weiterhin werden diejenigen Signale, die der Winkelgeschwindigkeit der Ruderflächenbewegung proportional sein sollen, durch einen von der Ruderfläche angetriebenen Tachometergenerator erzeugt.Furthermore, those signals related to the angular velocity should be proportional to the rudder surface movement by one of the rudder surfaces driven tachometer generator generated.

Diejenigen Signale, die der Winkelgeschwindigkeit oder der Beschleunigung der Ruderflächenbewegung proportional sein sollen, werden durch einen von der Ruderfläche angetriebenen Drehtransformator erzeugt. Hierbei ist es vorgesehen, daß die Ausgangssignale, die der Winkelverdrehung der Ruderfläche proportional sind, einem Hochpaßfilter zugeführt werden.Those signals related to angular velocity or acceleration should be proportional to the rudder surface movement, are given by one of the rudder surface driven rotary transformer generated. It is provided that the output signals, which are proportional to the angular rotation of the rudder surface, a high-pass filter are fed.

Diejenigen Signale, die der Winkelgeschwindigkeit der Ruderflächenbewegung proportional sein sollen, werden durch einen mit der Ruderfläche verbundenen Geschwindigkeitskreisel erzeugt. Diejenigen Signale, die der Ruderflächenbewegung proportional sein sollen, werden durch eine druckübertragende Einrichtung erzeugt.Those signals related to the angular velocity of the rudder surface movement should be proportional, by a speed gyro connected to the rudder surface generated. Those signals that should be proportional to the movement of the rudder surface, are generated by a pressure transmitting device.

Diejenigen Signale, die der Bewegung der Steuerfläche proportional sein sollen, werden aus der Flugregelanlage gewonnen und über ein zwischengeschaltetes Hochpaßfilter dem Stellmotor zugeführt.Those signals that are proportional to the movement of the control surface are to be obtained from the flight control system and via an intermediary High-pass filter fed to the servomotor.

Ausführungsbeispiele der Sicherheitseinrichtung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt jede der fünf Figuren je ein Ausführungsbeispiel der Sicherheitseinrichtung.Embodiments of the safety device are shown in the drawing. Each of the five figures show each one embodiment of the safety device.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Steueranordnung wird die Steuerfläche 3 von einem Servomotor 1 verstellt. Dieser Servomotor ist ein zweiphasiger Elektromotor, dessen Steuerphase 5 über einen Verstärker 9 durch die von dem Autopiloten 7 kommenden Signale erregt wird. Die feste Phase 11 ist über den Relaiskontakt 13 mit der Wechselspannungsquelle S verbunden. Der Kontakt 13 öffnet sich, wenn die Wicklung 49 des Relais über den Verstärker 47 von der algebraischen Summe mehrerer in Serie geschalteter Wechselspannungssignale erregt wird. Das erste dieser Signale wird in der Ausgangswicklung 45 eines zweiphasigen Tachometergenerators 39 erzeugt, dessen Rotor über die gestrichelt angedeuteten mechanischen Verbindungsglieder mit der Steuerfläche 3 gekuppelt ist. Das zweite Signal in dieser Kette wird in der Ausgangswicklung 37 eines Drehtransformators 35 erzeugt, dessen Primärwicklung mechanisch von einem Beschleunigungsmesser 31 verstellt wird, der die Beschleunigung senkrecht zur Flugrichtung des Luftfahrzeuges mißt. Das dritte Signal schließlich wird über ein Potentiometer 27 von der Sekundärwickhing eines Drehtransformators 23 abgenommen, dessen Primärwicklung von einem Geschwindigkeitskreisel 19 verstellt wird. Der Schleifer des Potentiometers 27 wird wiederum von einer Einrichtung 29 verstellt, die die aerodynamische Geschwindigkeit (oder die Machzahl) des Luftfahrzeuges mißt.In the exemplary embodiment of the control arrangement shown in FIG. 1 , the control surface 3 is adjusted by a servomotor 1. This servomotor is a two-phase electric motor, the control phase 5 of which is excited via an amplifier 9 by the signals coming from the autopilot 7. The fixed phase 11 is connected to the AC voltage source S via the relay contact 13 . The contact 13 opens when the winding 49 of the relay is excited via the amplifier 47 by the algebraic sum of several alternating voltage signals connected in series. The first of these signals is generated in the output winding 45 of a two-phase tachometer generator 39 , the rotor of which is coupled to the control surface 3 via the mechanical connecting elements indicated by dashed lines. The second signal in this chain is generated in the output winding 37 of a rotary transformer 35 , the primary winding of which is mechanically adjusted by an accelerometer 31 which measures the acceleration perpendicular to the direction of flight of the aircraft. Finally, the third signal is picked up via a potentiometer 27 from the secondary winding of a rotary transformer 23 , the primary winding of which is adjusted by a speed gyro 19. The wiper of the potentiometer 27 is in turn adjusted by a device 29 which measures the aerodynamic speed (or the Mach number) of the aircraft.

Sobald die Summe der drei an den Verstärker 47 angelegten Signale eine vorgeschriebene Höhe erreicht, wird das Relais 49 erregt, der Kontakt 13 öffnet sich, und die feste Phase des Servomotors 1 wird abgeschaltet. Die Steuerfläche wird also blockiert, bevor ein gefährlicher aerodynamischer Zustand eintreten kann.As soon as the sum of the three signals applied to the amplifier 47 reaches a prescribed level, the relay 49 is energized, the contact 13 opens, and the fixed phase of the servo motor 1 is switched off. The control surface is blocked before a dangerous aerodynamic condition can occur.

Bei den weiteren Ausführungsbeispielen der Sicherheitseinrichtung ist der Servomotor ein hydraulischer Stelknotor 53, der von dem Ausgangssignal des Autopfloten 7 über einen Verstärker 9 und ein elektrohydraulisches Ventil 61 gesteuert wird. Dieser hydraulische Stellmotor kann durch ein über die Wicklung 65 gesteuertes Nebenschlußventil 63 außer Betrieb gesetzt werden. Die Wicklung 65 wird über den Verstärker 79 wie in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 erregt, sobald die Summe der diesem Verstärker zugeführten Wechselspannungen eine vorgeschriebene Höhe erreicht. Bei dem in den F i g. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält diese Signalkette, wie in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1, die von dem Beschleunigungsmesser 31 und von dem Geschwindigkeitskreisel 19 abgegebenen und durch die Fluggeschwindigkeit korrigierten Signale. In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 enthält die Signalkette weiter das Ausgangssignal eines Hochpaßfilters 67, dem über den Verstärker 9 das Ausgangssignal des Autopiloten 7 zugeführt wird. Das Ausgangssignal dieses Filters, das der ersten und/-oder der zweiten Ableitung des dem Servomotor zugeführten Signals proportional ist, wird über den Transformator 69 mit den beiden anderen Signalen der Kette gemischt. Sobald die Summe der Signale in der Kette eine vorgeschriebene Höhe erreicht, wird die Wicklung 65 erregt, das Nebenschlußventil 63 geöffnet und somit der die Steuerfläche 3 verstellende Servomotor 53 außer Betrieb gesetzt.In the further exemplary embodiments of the safety device, the servomotor is a hydraulic actuator 53 which is controlled by the output signal of the autopilot 7 via an amplifier 9 and an electrohydraulic valve 61. This hydraulic servomotor can be put out of operation by a bypass valve 63 controlled via the winding 65. The winding 65 is via the amplifier 79 as in the embodiment of FIG. 1 excited as soon as the sum of the alternating voltages supplied to this amplifier reaches a prescribed level. In the case of the FIG. The embodiment shown in FIGS. 2 to 4 contains this signal chain, as in the embodiment according to FIG. 1, the signals emitted by the accelerometer 31 and the speed gyro 19 and corrected by the airspeed. In the embodiment according to FIG. 2, the signal chain also contains the output signal of a high-pass filter 67, to which the output signal of the autopilot 7 is fed via the amplifier 9. The output signal of this filter, which is proportional to the first and / or the second derivative of the signal fed to the servomotor, is mixed via the transformer 69 with the two other signals in the chain. As soon as the sum of the signals in the chain reaches a prescribed level, the winding 65 is energized, the bypass valve 63 is opened and the servomotor 53 adjusting the control surface 3 is put out of operation.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 enthält die Kette an Stelle des gefilterten Steuersignals in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ein Signal, das von einer dynamometrischen Einrichtung abgegeben wird, die den Druckunterschied zwischen den beiden Kanirnern des hydraulischen Stellmotors. 53 mißt. Dieses Signal, das im Transformator 69 mit den anderen Signalen der Kette gemischt wird, ist dem auf die Kontrollfläche 3 ausgeübten Steuerdrack und damit der Beschleunigung der Steuerfläche proportional. In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 wird das dritte Signal von der Sekandärwicklung des Drehtransformators 99 abgenommen, dessen Primärwicklung 101 mechanisch, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet, mit der Steuerfläche 3 gekuppelt ist. Dieses Signal, das dem Verstellwinkel der Steuerfläche proportional ist, wird einem Hochpaßfilter mit bekannter Zeitkonstante zugeführt, dessen Ausgangsspannung dann annähernd der ersten oder der zweiten Ableitung des Eingangssignals und damit dei Winkelgeschwindigkeit bzw. der Beschleunigung dei Steuerfläche 3 proportional ist. Dieses Signal wird, wie bereits an Hand der vorhergehenden Beispieh beschrieben, mit den anderen Signalen gemischt un# mit dem Summensignal sodann das Nebenschlußventil 63 gesteuert. Das Hochpaßfilter 105 kann natürlich auch durch eine einfache oder doppelte Differenzierschaltung ersetzt werden.In the embodiment according to FIG. 3 contains the chain instead of the filtered control signal in the exemplary embodiment according to FIG. 2 a signal which is emitted by a dynamometric device, which the pressure difference between the two Kanirner of the hydraulic servomotor. 53 measures. This signal, which is mixed in the transformer 69 with the other signals in the chain, is proportional to the control stress exerted on the control surface 3 and thus the acceleration of the control surface. In the embodiment according to FIG. 4, the third signal is picked up from the secondary winding of the rotary transformer 99 , the primary winding 101 of which is mechanically coupled to the control surface 3 , as indicated by the dashed line. This signal, which is proportional to the adjustment angle of the control surface, is fed to a high-pass filter with a known time constant, the output voltage of which is then approximately proportional to the first or second derivative of the input signal and thus the angular velocity or the acceleration of the control surface 3 . As already described with reference to the previous example, this signal is mixed with the other signals and the bypass valve 63 is then controlled with the sum signal. The high-pass filter 105 can of course also be replaced by a single or double differentiating circuit.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 5 ist das dritte Signal der Kette der Winkelgeschwindigkeit des Ausschlags der Steuerfläche3 proportional; wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, je- doch mit dem Unterschied, daß jetzt das Signal durch einen Drehtransfonnator123 gewonnen wird, dessen Rotor mechanisch mit einem in der Steuerfläche enthaltenen Geschwindigkeitskreisel 119 gekuppelt ist. Nach dem Ausführungsbeispiel der F i g. 5 wird die Summierung der einzelnen Signale, die auf das den Servomotor 53 außer Betrieb setzende Nebenschlußventil 63 einwirken, etwas anders durchgeführt als bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen. Der die Winkelgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges messende Geschwindigkeitskreisel 19 steuert die beiden Rotoren der Drehtransformatoren 127 und 129. Die Sekundärwicklung des Drehtransformators 127 ist mit der des von der Verstellgeschwindigkeit der Steuerfläche gesteuerten Drehtransformators 123 in Serie geschaltet. Die algebraische Summe dieser beiden Spannungen wird von dem Schleifer eines Potentiometers 131 abgenommen, das es gestattet, diese Spannung in bezug auf die anderen Signale der Kette auf einen gewünschten Wert einzustellen. Die von dem Potentiometer abgenommene Spannung wird mit der Spannung an der Sekundärwicklung des Drehtransformators 129, die der Winkelgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges proportional ist, in Serie geschaltet. Das weiter mit der Kette in Serie geschaltete Potentiometer 133 wird in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges verstellt. Durch das Potentiometer werden, wie in den anderen Ausführungsbeispielen, nur die von der Winkelgeschwindigkeit des Luftfahrzeuges abhängigen Signale verändert.In the embodiment according to FIG. 5 , the third signal of the chain is proportional to the angular velocity of the deflection of the control surface 3; as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, but with the difference that the signal is now obtained by a rotary transformer 123, the rotor of which is mechanically coupled to a speed gyro 119 contained in the control surface. According to the embodiment of FIG. 5 , the summation of the individual signals which act on the bypass valve 63 which puts the servomotor 53 out of operation is carried out somewhat differently than in the previous exemplary embodiments. The speed gyro 19 measuring the angular speed of the aircraft controls the two rotors of the rotary transformers 127 and 129. The secondary winding of the rotary transformer 127 is connected in series with that of the rotary transformer 123 controlled by the adjustment speed of the control surface. The algebraic sum of these two voltages is taken from the wiper of a potentiometer 131 , which allows this voltage to be set to a desired value in relation to the other signals in the chain. The voltage taken from the potentiometer is connected in series with the voltage on the secondary winding of the rotary transformer 129, which is proportional to the angular velocity of the aircraft. The potentiometer 133 connected in series with the chain is adjusted as a function of the speed of the aircraft. As in the other exemplary embodiments, only the signals that are dependent on the angular velocity of the aircraft are changed by the potentiometer.

Dieser Teil der Anordnung kann jedoch auch entsprechend den vorhergehenden Ausführungsbeispie-]en aufgebaut sein.However, this part of the arrangement can also correspond to the preceding ones Exemplary embodiments be constructed.

Claims

1. A safety device in the aircraft to Aussehaltung of hazardous accelerations with signal producing devices for limiting the controlled by servomotors excursions of the control surfaces, g e k ennzeich -NET d urch the generation of a resultant signal which the other from signals of the angular velocity and the acceleration, and Combined flight parameters that are proportional to the movements of the rudder surface, and that switches off the servomotor when a certain amplitude strength is reached.

2. Safety device according to claim 1, characterized in that one of the flight parameters is represented by the angular velocity about the axis of rotation of the rudder surface (3) . 3. Safety device according to claims 1 and 2, characterized in that one of the flight parameters results from the flight speed. 4. Safety device according to claims 1 to 3, characterized in that one of the flight parameters is derived from the rate of climb or descent of the aircraft. 5. Safety device according to claim 1, characterized in that the signals which are proportional to the angular velocity of the rudder surface movement are generated by a tachometer generator (39) driven by the rudder surface (3). 6. Safety device according to claim 1, characterized in that the signals which are proportional to the angular velocity or the acceleration of the rudder surface movement are generated by a rotary transformer (99) driven by the rudder surface, the output signals which are proportional to the angular rotation of the rudder surface, a high-pass filter (105) . 7. Safety device according to claim 1, characterized in that the signals which are proportional to the angular velocity of the rudder surface movement are generated by a speed gyro (119) connected to the rudder surface (3) . 8. Safety device according to claim 1, characterized in that the signals which are proportional to the rudder surface movement are generated by a pressure-transmitting device (81) . 9. Safety device according to claim 1, characterized in that the signals, which are proportional to the movement of the control surface, are obtained from the flight control system (7) and are fed to the servomotor via an interposed high-pass filter (67). Contemplated publications: USA. Patents No. 2,663,001, 2,665,086, 2,770,429, 2,859,005, 2,879 958. Contemplated older patents. German Patent No. 1071 485, 1078 876, 1111027, 1111028th , 1111 948, 1126 254.