DE1235750B - Folgeregler zur laufenden Nachregelung eines die Drehbewegung um eine Hauptachse steuernden Stellgliedes, insbesondere des Ruders eines Flugzeuges - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

B64c

G05f

Deutsche Kl.: 62 b-14/10

1235750
L40031XI/62b
15. September 1961
2. März 1967

Die Erfindung betrifft einen Folgeregler zur laufenden Nachregelung eines die Drehbewegung um eine Hauptachse steuernden Stellgliedes, insbesondere des Ruders eines Flugzeuges in Abhängigkeit von zumindest einer dem Drehwinkel um die Hauptachse proportionalen Führungsgröße mit zumindest einem Meßwertwandler zur Umsetzung eines einen gefährlichen Flugzustand anzeigenden Flugparameters in einen Meßwert und mit einem dem Meßwertwandler nachgeschalteten SchweHwertdiskriminator, dessen Ausgangssignal der Führungsgröße im Sinne einer Rückführung aus dem gefährlichen Flugzustand als Gegenkopplungssignal überlagert ist.

Es sind bereits Folgeregler der erwähnten Art bekannt, bei denen das Höhenruder, welches die Drehbewegung des Flugzeuges um die Querachse steuert, laufend nachgeregelt wird. Zweck des bekannten Folgereglers ist es, ein »Überziehen« des Flugzeuges zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind an der Unterseite der Tragflächen Meßwertgeber angebracht, welche die jeweilige örtliche Lage des Staudruckmaximums unterhalb der Tragfläche bezüglich der Längsachse des Flugzeuges erfassen. Wandert das Staudruckmaximum zu weit in Richtung der hinteren Tragflügelkante, so wird damit ein gefährlicher Flugzustand angezeigt. Erreicht der Staudruck an einem vorgegebenen Tragflächenpunkt einen vorgegebenen Schwellwert, so wird der Führungsgröße des Folgereglers ein Gegenkopplungssignal überlagert, um das Höhenruder in eine Einstellung zu bringen, die einem Überziehen des Flugzeuges entgegenwirkt. Derartige Folgeregler haben sich gegenüber älteren Folgereglern als vorteilhaft erwiesen, die beim Auftreten eines einen gefährlichen Flugzustand anzeigenden Flugparameters von bestimmter Amplitude einfach abschalteten und statt dessen eine Handsteuerung für das Stellglied wirksam machten. Insbesondere wenn das Stellglied selbst fehlerhaft arbeitet, war es bei derartigen älteren Folgereglern indessen auch beim Übergang auf Handsteuerung nicht möglich, den gefährlichen Flugzustand zu beseitigen.

Bei Folgereglern zur Nachregelung eines Flugzeughöhenruders ist es zur Vermeidung eines »Überziehens« des Flugzeuges auch bekannt, der Führungsgröße im Sinne einer Rückführung aus dem gefährlichen Flugzustand ein aus mehreren Komponenten zusammengesetztes Gegenkopplungssignal zu überlagern, von denen eine Komponente proportional der Vertikalgeschwindigkeit des Flugzeuges ist.

Im Gegensatz zu den vorerwähnten, dem Gattungsbegriff der vorliegenden Erfindung zuzuordnenden bekannten Folgereglern besteht die Problemstellung Folgeregler zur laufenden Nachregelung eines die Drehbewegung um eine Hauptachse steuernden
Stellgliedes, insbesondere des Ruders
eines Flugzeuges

Anmelder:
Lear, Incorporated,
ίο Santa Monica, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Als Erfinder benannt:

Krishin P. Abichandani, Los Angeles, Calif.;
Edwin H. Krug, Thomas E. Hainsworth,
Martin W. Story, Grand Rapids, Mich. (V. St. A.)

der vorliegenden Erfindung darin, das Flugzeug und dessen Inhalt vor unzulässig hohen Beschleunigungen zu bewahren, die zu einer Beschädigung des Flugzeuges oder dessen Inhalts führen könnten. Bei den bekannten Folgereglern, die lediglich ein »Überziehen« des Flugzeuges verhindern sollen, spielt die Vertikalbeschleunigung nur insofern eine Rolle, als dieser Parameter in Relation zu einem weiteren Parameter, insbesondere der Fluggeschwindigkeit, gewisse Maximalwerte nicht überschreiten darf. Ist demnach beispielsweise die Vertikalbeschleunigung sehr hoch, so wird bei dem bekannten Folgeregler unter Beibehaltung dieses gegebenenfalls unzulässig hohen Wertes der Vertikalbeschleunigung ein anderer Parameter, beispielsweise die Schubkraft des Triebwerkes, in Relation hierzu so eingestellt, daß ein »Überziehen« verhindert wird, während andererseits die Möglichkeit besteht, daß das Flugzeug wegen seiner Konstruktion den auftretenden Beschleunigungen nicht mehr gewachsen ist.

Unter Berücksichtigung der zuvor aufgezeigten Problemstellung sind bei einem erfindungsgemäßen Folgeregler die dem Drehwinkel um die Hauptachse proportionale Führungsgröße zusätzlich durch einen der Winkelgeschwindigkeit um die Hauptachse proportionalen Meßwert und das Gegenkopplungssignal zusätzlich durch die Winkelgeschwindigkeit um die Hauptachse sowie einer gerade vorliegenden Aus-

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lenkung des Stellgliedes proportionale Meßwerte verstärker 27/29, dem ein Schwellwertdiskriminator additiv überlagert. 28 nachgeschaltet ist.

Die Erfindung ist nachstehend im Zusammenhang Der Schwellwert des Schwellwertdiskriminators 28

mit der Zeichnung näher erläutert, die eine Ausfüh- ist vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der oberrungsform eines erfindungsgemäßen Folgereglers in 5 halb der auftretenden maximalen Meßwerte der von Blockschaltbilddarstellung zeigt. dem Meßwertwandler 25 abgegebenen Signale der

Der hier veranschaulichte Folgeregler dient der Vertikalbeschleunigung vf ist. In diesem Fall erlaufenden Nachregelung eines die Drehbewegung um scheint dann an der Ausgangsseite des Schwellwertdie Querachse eines Flugzeuges steuernden Höhen- diskriminators 28 unbeschadet des Wertes der Verruders 12 in Abhängigkeit von zwei Führungsgrößen, io tikalbeschleunigung vf lediglich dann ein Ausgangsderen eine proportional dem Drehwinkel Θ um die signal, wenn gleichzeitig an dem Ausgang des Diffe-Querachse und deren andere proportional der zeit- rentiators 22 ein Signal vorliegt. Dies bedeutet also, liehen Ableitung dieses Winkels, d.h. also propor- daß die Vertikalbeschleunigung vf erst dann relevant tional der Winkelgeschwindigkeit 4 um die Querachse wird, wenn gleichzeitig meßbare Werte entweder der ist. Diese beiden Führungsgrößen Θ und © werden ¹S Winkelbeschleunigung β (differenzierter Ausgang der von Baueinheiten 18 bzw. 17 vorzugsweise in Form Baueinheit 17) oder der Winkelgeschwindigkeit J von Lagekreiseln geliefert und einem Additions- (differenzierter Ausgang der Baueinheit 16) vorliegen, regelverstärker 19/20 zugeführt. Der Ausgang des Schwellwertdiskriminators 28 ist

Der Ausgang des Additionsregelverstärkers 19/20 als Gegenkopplungssignal mit der Gegenkopplungsgelangt über eine Gegenkopplungsstufe 14 zu einem ™ stufe 14 verbunden, welche den Betrieb des Hilfs-Hilfsstellglied 15, welches auf das Höhenruder 12 Stellgliedes 15 bzw. des Höhenruders 12 steuert,
einwirkt. Die Sollwertstellung des Höhenruders 12 ist Arbeitet während des Fluges der aus den Bau-

durch die Summe der Signale der Baueinheiten 18, einheiten 19/20, 15, 12, 16 bestehende Folgeregler 17 festgelegt. Weicht die Istwerteinstellung des fehlerhaft, indem beispielsweise dem Meßwertwandler Höhenruders 12 um einen Winkel δ von dem durch ^5 16 ein falscher Wert d zugeführt wird, der mit der die beiden Führangsgrößen der Baueinheiten 18,17 tatsächlichen Auslenkung des Höhenruders 12 nicht gegebenen Sollwert ab, so wird dieser Regel- übereinstimmt, so ergibt sich eine Winkeleinstellung abweichungswert auf einen Meßwertwandler 16 über- des Höhenruders 12, die mit der durch die Bautragen, der einem dritten Eingang des Additionsregei- einheiten 18,17 gebildeten additiven Führungsgröße Verstärkers 19/20 einen der Regelabweichung δ 3<> nicht übereinstimmt. Somit liegt zumindest eine zeitproportionalen Meßwert zuführt. Entspricht der liehe Ableitung des Parameters <5 vor, die — unter Winkel δ der durch die Baueinheiten 18,17 in den Voraussetzung einer genügend hohen Amplitude — Additionsregelverstärker 19/20 eingespeisten zusam- zur Bildung eines Ausgangssignals an dem Differenmengesetzten Führungsgröße, so verschwindet das tiator 22 führt. Meist wird als Folge einer veränder-Ausgangssignal des Additionsregelverstärkers 19/20, 35 ten Einstellung des Höhenruders 12 auch eine Winso daß das Hilfsstellglied 15 und das Höhenruder 12 kelgeschwindigkeit des Flugzeuges um die Querachse in ihrer Stellung verbleiben. Weicht die Einstellung vorliegen, die indessen nicht ohne weiteres am Ausdes Höhenruders 12 von dem Wert δ infolge äußerer gang des Differentiators 22 in Erscheinung tritt. Erst Einwirkungen, beispielsweise Winddruck, ab, so gibt wenn diese Winkelgeschwindigkeit g> ungleichförmig der Additionsregelverstärker 19/20 bei unveränderter 4° wird, d. h. eine Winkelbeschleunigung β vorliegt, Führungsgröße ein Regelsignal ab, welches über das trägt auch dieser Meßparameter neben der zeitlichen Hilfsstellglied 15 das Höhenruder 12 wieder auf den Ableitung des Parameters δ zum Ausgangssignal des vorgegebenen Winkel δ einstellt. Ändert sich der Differentiators 22 bei. Ergibt sich nun zusätzlich aus Ausgang zumindest einer der beiden Baueinheiten der fehlerhaften Einstellung des Höhenruders 12 eine 18, 17, so erfolgt eine Einstellung des Höhenruders 45 VertikalbescMeunigung vf bzw. ein Ausgangssignal 12 auf einen anderen Winkeid gemäß einer neuen der Baueinheit25, so liefert der Additkmsgegen-Führungsgröße Θ + Θ. Der durch die Baueinheiten kopplungsverstärker 27/29 über den Schwellwert-19/20,15,12,16 bestehende Kreis stellt einen gemäß diskriminator 28 ein Gegenkopplungssignal zu der dem Stande der Technik bekannten Folgeregler dar. Gegenkopplungsstufe 14, wobei das Höhenruder 12

Einem Additionsverstärker 21/23 werden seitens 50 entgegen seiner fehlerhaften Auslenkung in einer der Baueinheit 17 ein der Winkelgeschwindigkeit um Weise verstellt wird, daß die Ausgangssignale des die Querachse proportionaler Meßwert und seitens Differentiators 22 und der Baueinheit 25 zum Verder Baueinheit 16 ein der Winkelauslenkung des schwinden gebracht werden.

Höhenruders 12 aus einer Horizontalfluglage ent- Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind

sprechender Meßwert zugeführt. Der Ausgang des 55 in der Gegenkopplungsstufe 14 zwei (nicht gezeigte) Additionsverstärkers 21/23 liegt an einem Differen- Ausgangsmeßwertwandler zur Umsetzung des zutiator 22 mit einer darin vorgesehenen unteren sammengesetzten Führungsgrößensignals (addierte Schwellwertschranke. An dem Ausgang des Differen- Ausgangssignale der Baueinheiten 18, 17) und des tiators 22 erscheint demgemäß dann ein Signal, wenn zusammengesetzten Gegenkopplungssignals (addierte bei einem der beiden Parameter Θ oder δ eine von 60 Signale der Baueinheiten 22, 25) in entsprechende Null verschiedene zeitliche Ableitung bzw. ein von Auslenkungen (nicht gezeigter) zugehöriger HilfsNull verschiedener Differentialquotient mit solcher Stellglieder vorgesehen, die gegensinnig mit dem Amplitude vorliegt, daß die Schwellwertschranke des Höhenruder 12 bzw. dem Hilfsstellglied 15 in An-Differentiators 22 überschritten werden kann. Der triebsverbindung stehen.

Ausgang des Differentiators 22 liegt zusammen mit 65 Um bei einer Folgeregelung des Höhenruders 12 dem Ausgang eines Meßwertwandlers 25, der einen auf Handsteuerung überzugehen, ist mit dem Hilfsder Vertikalbeschleunigung vf proportionalen Meß- stellglied 35 ein Steuerknüppel 13 mechanisch gewert abgibt, an einem Additionsgegenkopplungs- koppelt.

Claims (5)

Die eben beschriebene Anordnung läßt sich in analoger Weise auch für die Nachregelung der Drehbewegung eines Flugzeuges um die Hochachse und um die Längsachse verwenden, wobei die Parameter Θ bzw. Θ durch die Drehwinkel bzw. die Winkelgeschwindigkeit um die Hoch- bzw. Längsachse und δ durch den Auslenkwinkel eines entsprechenden Stellgliedes (Seitenruder bzw. Querruder) ersetzt werden. Patentansprüche:

1. Folgeregler zur laufenden Nachregelung eines die Drehbewegung um eine Hauptachse steuernden Stellgliedes, insbesondere des Ruders eines Flugzeuges in Abhängigkeit von zumindest einer dem Drehwinkel um die Hauptachse proportionalen Führungsgröße mit zumindest einem Meßwertwandler zur Umsetzung eines einen gefährlichen Flugzustand anzeigenden Flugparameters in einen Meßwert und mit einem dem Meßwertwandler nachgeschalteten Schwellwertdiskriminator, dessen Ausgangssignal der Führungsgröße im Sinne einer Rückführung aus dem gefährlichen Flugzustand als Gegenkopplungssignal überlagert ist, dadurch gekenn- zeichnet, daß die dem Drehwinkel um die Hauptachse proportionale Führungsgröße (Θ) zusätzlich durch einen der Winkelgeschwindigkeit (©) um die Hauptachse proportionalen Meßwert und das Gegenkopplungssignal (vf) zusätzlich durch die Winkelgeschwindigkeit (θ) um die Hauptachse sowie einer gerade vorliegenden Auslenkung (ß) des Stellgliedes proportionale Meßwerte additiv überlagert sind.

2. Regler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Differentiator (22) mit einer darin vorgesehenen unteren Schwellwertschranke, der eingangsseitig additiv durch die der Winkelgeschwindigkeit (θ) um die Hauptachse sowie der gerade vorliegenden Auslenkung (<3) des Stellgliedes proportionalen Meßwerte beaufschlagt ist und ausgangsseitig in additiver Überlagerung mit dem den gefährlichen Flugzustand anzeigenden Meßwert (vf) zwecks Bildung des Gegenkopplungssignals an dem Schwellwertdiskriminator (28) liegt.

3. Regler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Nachstellung eines die Drehbewegung um die Querachse des Flugzeuges steuernden Stellgliedes (12) der den gefährlichen Flugzustand anzeigende Meßwert in an sich bekannter Weise proportional der Vertikalbescbleunigung (v f) ist.

4. Regler nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei Ausgangsmeßwandler zur Umsetzung des zusammengesetzten Führungsgrößensignals (© + Θ) und des zusammengesetzten Gegenkopplungssignals (vf, ', ©') in entsprechende Auslenkungen zugehöriger Hilfsstellglieder, die gegensinnig mit dem Stellglied (12) in Antriebsverbindung stehen.

5. Regler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert des Schwellwertdiskriminators (28) auf einen Wert eingestellt ist, der oberhalb der auftretenden maximalen Meßwerte des den gefährlichen Flugzustand anzeigenden Flugparameters (vf) liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 937142;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1078 876,
1111028.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 517/36 2.67

I Bundesdruckerei Berlin