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Elektrohydraulische Trimmeinrichtung für strahlgetragene Senkrechtstarter
mit symmetrisch zu ihrer Rollachse angeordneten Triebwerken zum selbsttätigen Ausgleich
von Störmomenten Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Trimmeinrichtung
für strahlgetragene Senkrechtstarter mit symmetrisch zu ihrer Rollachse angeordneten
Triebwerken zum selbsttätigen Ausgleich von Störmomenten, die beispielsweise durch
mögliche Triebwerksausfälle oder unsymmetrische Lastabwürfe verursacht sein können.
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Bei senkrecht startenden und landenden Flugzeugen mit in bezug auf
den Flugzeugschwerpunkt diametral gegenüberliegenden Hubtriebwerken ist es bekannt,
bei Ausfall eines oder mehrerer Hubtriebwerke zwecks Vermeidung unerwünschter Nickbewegungen
des Flugzeuges das oder die in bezug zum Flugzeugschwerpunkt diametral gegenüberliegenden
Hubtriebwerke automatisch abzuschalten. Hierzu wird die Kraftstoffördereinrichtung
für jedes Triebwerk jeweils von dem diametral gegenüberliegenden Triebwerk angetrieben,
so daß beim Ausfall eines Triebwerkes auch das gegenüberliegende Triebwerk abgeschaltet
wird.
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Derartige Abschaltvorrichtungen sind aber nur für Senkrechtstarter
mit paarweise angeordneten Hubtriebwerken geeignet, die jeweils gleiche Momente
um die Rollachse und jeweils gleiche Momente um die Nickachse erzeugen, also jeweils
gleichen Schub und gleiche Hebelarme gegenüber der Rollachse und gegenüber der Nickachse
aufweisen. Der Ausfall eines Triebwerkes von beispielsweise drei im Dreieck symmetrisch
zur Rollachse eines Senkrechtstarters angeordneten Triebwerken oder Triebwerksgruppen
ist mit der vorbeschriebenen Abschaltvorrichtung wegen der ungeraden Zahl von Triebwerken
und der unterschiedlichen Hebelarme gegenüber der Roll- und der Nickachse nicht
ausgleichbar.
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Zur Vermeidung gefährlicher Fluglagen von mehrmotorigen Senkrechtstartflugzeugen
ist es weiterhin bekannt, die bei Triebwerksausfall auftretenden erheblichen Drehbeschleunigungen
durch eine selbsttätige Regelbereichsveränderung des Flugreglers auszugleichen.
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Die Umschaltung des zunächst beschränkten Regelbereichs des Flugreglers
auf .den vergrößerten Regelbereich in dem Augenblick, wenn äußere Störungen, z.
B. Schubausfall oder ein fehlerhaftes Arbeiten des Reglers, mit dem beschränkten
Regelbereich nicht mehr aussteuerbar sind, erfolgt durch ein aus- und einschaltbares
mechanisches Sperrglied, das über von den Triebwerken abgenommene elektrische Regelsignale,
die über Begrenzer einer Signalvergleichseinrichtung zugeführt werden, gesteuert
wird.
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Das Sperrglied.ist vorzugsweise als Klaue ausgebildet, :die von einem
elektrischen Antrieb aus einer wirksamen in eine unwirksame Lage geschwenkt werden
kann.
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Bei dieser Einrichtung zur Regelbereichsveränderung ist jedoch das
Vorhandensein eines Flugreglers funktionsnotwendig; was zu weiteren Störungen Anlaß
geben kann.
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Insbesondere können beim Ausfall desselben wegen der verhältnismäßig
langen Reaktionszeit des Piloten sehr gefährliche Fluglagen auftreten. Darüber hinaus
sind derartige Flugregler sehr aufwendig, und die für Senkrechtstarter geforderte
hohe Zuverlässigkeit ist nur auf dem Umweg der Redundanz, also durch Vervielfachung
von Bauelementen oder Baugruppen erreichbar.
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Die Vergrößerung des Regelbereichs des Flugreglers bei Auftreten von
einen bestimmten Schwellwert überschreitenden Störmomenten und gleichzeitiger Beibehaltung
aller anderen in den Regelkreis eingehenden Parameter erlaubt keine optimale Auslegung
.des Flugreglers gleichzeitig für Normalbetrieb und Betrieb bei Störungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine von einem Flugregler
unabhängige Einrichtung für ein senkrecht startendes und landendes Flugzeug, das
im Schwebezustand ohne und im Übergangsstadium zwischen Schwebe- und Reiseflug nur
geringfügig mit aerodynamisch wirkenden Rudern steuerbar ist, zu schaffen, die in
der Lage ist, die die Reaktionsfähigkeit eines Piloten und die Größe der normalen
Beeinflussung von herkömmlichen Schubsteuerungen überschreitenden Störungen selbsttätig
auszugleichen.
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Ausgehend von einer elektrohydraulischen Trimmeinrichtung für strahlgetragenen
Senkrechtstarter mit
symmetrisch zu seiner Rollachse angeordneten
Triebwerken, mit einem den zweiachsigen Abgriff eines Steuerknüppels und die Schubsteller
der Triebwerke verbindenden Hebelgetriebe, zum selbsttätigen Ausgleich von durch
mögliche Triebwerksausfälle oder unsymmetrische Lastabwürfe bedingten Störmomenten
von einer bestimmten Größe an, wobei die Störmomente nach Größe und Richtung durch
elektrische Meßgeber ermittelt werden, ist diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die
Kombination folgender für sich allein teilweise bekannter Merkmale gelöst: a) Die
Meßgeber sind zwei in der Nähe des Flugzeugschwerpunktes angeordnete, bei unterschiedlichen
Drehrichtungen um die Rollachse und um die Nickachse positive oder negative Steuersignale
erzeugende Drehbeschleunigungsmesser.
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b) Den Drehbeschleunigungsmessern sind jeweils vorbestimmte positive
oder negative Schwellwerte mit einer vorgegebenen Zeitverzögerung übersteigende
Steuersignale weiterleitende Schwellwertschalter nachgeschaltet.
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c) Die Schwellwertschalter für die positiven und negativen Rollsignale
sowie die positiven Nicksignale sind elektrisch mit in einem Hydraulikkreis liegenden
Magnetschaltern, die hydraulische Sperren betätigen, verbunden. d) Einem Beschleunigungsmesser
ist als Wandler der positiven und negativen Nicksignale ein elektromagnetisch betätigbares
Vierwegeventil nachgeschaltet, das einen hydraulischen Stellmotor nach Maßgabe der
Nicksignale in eine von zwei möglichen Richtungen bewegt.
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e) In einem Nebenstrom des Hydraulikkreises sind den Magnetschaltern
jeweils zwei hydraulisch betätigbare Druckschalter nachgeschaltet, die miteinander
bzw. mit im Zufluß liegenden hydraulisch betätigbaren Druckschaltern durch Steuerleitungen
derart gekoppelt sind, daß jeweils mindestens zwei von den drei nachgeschalteten
hydraulischen Sperren gesperrt sind. Auf diese einfache Weise ist es möglich, ohne
den hohen Aufwand für einen unter allen Umständen zuverlässigen Flugregler eine
Trimmeinrichtung zum Ausgleich von bei normalem Flugbetrieb nicht auftretenden Störmomenten
zu schaffen, die unabhängig vom Flugregler arbeitet. Diese elektrohydraulische Trimmeinrichtung
arbeitet unmittelbar mit dem den Steuerknüppel und die Schubsteller der Triebwerke
verbindenden Hebelgetriebe zusammen, so daß der Pilot auch bei anormalen Flugbedingungen
noch annähernd das gleiche Steuergefühl am Steuerknüppel empfindet.
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Erst wenn bestimmte Grenzwerte der von den Beschleunigungsmessern
gemessenen Roll- und Nickbeschleunigungen überschritten werden, greift die elektrohydraulische
Einrichtung automatisch und unabhängig von eventuellen Steuerknüppelbetätigungen
ein, um wieder einen normalen. Flugzustand herzustellen. Mit dem, Steuerknüppel
können darüber hinaus nach wie vor die für den normalen Flugbetrieb erforderlichen'
Steuerbefehle gegeben werden.
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Über ein Nebenströmsystem sichert und kontrolliert sich die hydraulische
Einrichtung selbst. Es ist jederzeit sichergestellt, daß auch bei Ausfall eines
einzelnen hydraulischer< Schalters oder elektrischen Signalgebers niemals zwei
gegensätzliche Ausgleichkommandos zur Beseitigung von Störmomenten aus- -geführt
werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel .der Erfindung, dem ein Flugzeug mit einer
zur Rollachse symmetrischen Dreiecksanordnung von drei Doppeltriebwerken zugrunde
liegt, wird an Hand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt F i g.1 schematisch
dieAnordnung der drei Doppeltriebwerke an einem Fluggerät.
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F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
für ein Fluggerät mit einer dreieckförmigen Anordnung der Triebwerke und F i g.
3, 4 und 5 verschiedene Stellungen des Hebelgetriebes in der Ruhestellung und bei
unterschiedlichen Störmomenten.
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In dem in F i g. 1 dargestellten strahlgetriebenen Flugzeug 33 sind
die zur Rollachse symmetrisch an den Tragflächenenden untergebrachten Doppeltriebwerke
B und C zu erkennen. Vor der Nickachse befindet sich ein Doppeltriebwerk A, .dessen
Schubleistung und Hebelarm gegenüber der Nickachse ein dem Hubmoment der Flächentriebwerke
B und C gleiches Hubmoment ergeben. In -der Nähe des Schwerpunktes befinden sich
ein Beschleunigungsinesser 31 zur Aufnahme der Beschleunigungen des Flugzeuges um
die Nickachse und ein Beschleunigungsmesser 32 zur Aufnahme der Beschleunigungen
um die Rollachse. Die von den Beschleunigungsmessern 31 und 32 abgegebenen Signale
werden als positiv bezeichnet, wenn das Flugzeug 33 in Flugrichtung bzw. von Steuerbord
gesehen ein in Richtung des Uhrzeigersinns weisendes Roll- bzw. Nickmoment erfährt.
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In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der elektrohydraulischen Trimmeinrichtung
zum von Signalen des Steuerknüppels unabhängigen Ausgleich von Störmomenten .dargestellt.
Ein Stellmotor 1, der über ein Ventil 3 von einem hydraulischen Kreislauf beaufschlagt
wird, betätigt über eine Kolbenstange 4 einen mit einem Betätigungshebel 34 zur
Schubregelung der Triebwerksgruppe A verbundenen Differentialhebel 2. Das elektrohydraulische
Ventil 3 wird von elektrischen Signalen des Beschleunigungsmessers 31 je nach Polarität
der auftretenden Nicksignale betätigt. Der Beschleunigungsmesser 31 ist mit einem
Schwellwertschalter 6 verbunden, der Signale erst ab einer bestimmten Größe der
auftretenden Nickbeschleunigungen an einen Magnetschalter 23 weitergibt.
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Der auf Rollmomente ansprechende Beschleunigungsmesser 32 ist mit
Schwellwertschaltern 5 und 7 verbunden, die ebenfalls nur elektrische Signale ab
einer bestimmten Größe eines auftretenden Rollmomentes an entsprechende Magnetschalter
20 und 27 weitergeben.
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Der mechanisch-hydraulische Teil der Trimmeinrichtung besteht im wesentlichen
aus einem Hebelgetriebe, das durch die Schwinghebel 12 und 13, die Hebel
15 und 16 und einen dreiarmigen Hebel 14 gebildet wird. Die Schwinghebel
12 und 13 sind am. Drehpunkt 45 drehbar miteinander verbunden. Der dreiarmigeHebel14
ist einmal mitBetätigungshebeln 35 mit den Schubstellern der Triebwerke B und C
und zum anderen über eine für Rollkommandos zuständige Schubstange 18 mit dem Steuerknüppel
verbunden. Die Schwinghebel 12 und 13 sind jeweils nach oben oder unten verschiebbar,
wobei eine
solche Längsverschiebung nur in Abhängigkeit von hydraulischen
Sperren 8 und 9 freigegeben wird. Eine Platte 11 ist mit der Flugzeugzelle über
eine weitere hydraulische Sperre 10 verbunden, so daß eine relative Verschiebung
der Platte 11 gegenüber der Flugzeugzelle nur bei Lösen dieser Sperre vorgenommen
werden kann. Da die hydraulischen Sperren 8 und 9 fest mit der beweglichen Platte
11 verbunden sind, sind die Hydraulikleitungen an diese Sperren flexibel angeschlossen.
Die hydraulischen Sperren 8, 9 und 10 sind außer über die Hebel und Betätigungsleitungen
über ein Nebenstromsystem miteinander verbunden, wobei jeder Sperre außer den Magnetschaltern
je drei druckbetätigte Schalter - der Sperre 8 die Schalter 19, 21 und 22, der Sperre
9 die Schalter 28, 29 und 30 und der Sperre 10 .die Schalter 24, 25 und 26 - zugeordnet
sind.
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Die Wirkungsweise der elektrohydraulischen Trimmeinrichtung ist folgende:
Eine Schubverminderung des Doppeltriebwerkes A macht sich durch ein positives Nicksignal
im Beschleunigungsmesser 31 bemerkbar. Durch .das positive Nicksignal wird über
das Ventil 3 der Stellmotor 1 derart beaufschlagt, daß sich die Kolbenstange 4 nach
oben bewegt. Durch diese Bewegung wird über den Betätigungshebel 34 die Schubregelung
der Triebwerksgruppe A derart beeinflußt, daß eine Schubverstärkung stattfindet.
Gleichzeitig wird über das positive Nicksignal und den Schwellwertschalter 6 der
Magnetschalter 23 geöffnet. Damit wird aber die hydraulische Sperre 10 über die
geöffneten Druckschalter 26, 25 und den Magnetschalter 23 des Hydrauliksystems kurzgeschlossen,
so daß die Sperre entriegelt ist. Gleichzeitig werden über das Nebenstromsystem
und die Druckschalter 24, 25 und 26 die entsprechenden Druckschalter der Sperren
8 und 9 derart betätigt, daß ein Entriegeln .dieser Sperren nicht mehr möglich ist.
Durch das Bewegen der Kolbenstange 4 nach oben wird, wie in F i g. 4 gezeigt, die
Platte 11 über den Mitnehmer 38 und die Nase 44 nach oben gezogen, wobei diese Bewegung
erst durch die gelöste hydraulische Sperre 10 ermöglicht wird. Durch die Bewegung
der Platte 11 aus der in F i g. 3 dargestellten Ruhelage nach oben werden die Betätigungshebel
35 für die Schubsteller der Triebwerke B und C derart beeinflußt, daß eine
Schubverminderung dieser Triebwerke erreicht wird. Dieser Ausgleichsvorgang spielt
sich so lange ab, bis über den Nickbeschleunigungsmesser 31 kein außergewöhnliches
Nickmoment mehr an den Schwellwertschalter 6 gemeldet wird, so daß der Stellmotor
1 zum Stillstand kommt und .somit ein Gleichgewichtszustand in der Schubleistung
der Triebwerke B und C hinter der Nickachse und des Triebwerks A vor der Nickachse
hergestellt ist.
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Bei einem Schubabfall .der Triebwerke B und C wird ein Rollsignal
ausgelöst, welches sich über den Beschleunigungsmesser 32 .bemerkbar macht. Fällt
die Triebwerksleistung des Triebwerks C ab, so nimmt der Beschleunigungsmesser 32
ein positives Rollsignal auf und meldet,dieses an den Schwellwertschalter 5. Über
den Schwellwertschalter 5 wird bei ausreichender Größe dieses Rollsignals der Magnetschalter
20 geöffnet, womit die hydraulische Sperre 8 entriegelt wird. Gleichzeitig werden
über das Nebenstromsystem die hydraulischen Sperren 9 und 10 wieder für jegliche
Entriegelungskommandos gesperrt. Gleichzeitig mit dem positiven Rollsignal tritt
auch ein negatives Nicksignal auf, da die Summe der Triebwerksleistungen der Triebwerke
B und C hinter der Nickachse ebenfalls schwächer geworden ist. Über das Ventil 3
wird daher der Servomotor 1
ebenfalls betätigt. Bei einem negativen Nicksignal
wird die Kolbenstange 4 des Servomotors 1 nach unten verschoben und drückt mit ihrem
Stößel 43 den gemeinsamen Drehpunkt 44 der beiden Schwinghebel 12 und 13 nach unten
(F i g. 5). Der Schwinghebel 12 kann diesem Druck ausweichen, da seine Sperre 8
entriegelt ist, und wird parallel nach unten verschöben, während der Schwinghebel
13 durch den ausgeübten Druck um den Drehpunkt 42 geschwenkt wird. Durch die Übertragung
dieser Bewegung der Schwinghebel 12 und 13 über die Hebel 15 und 16 auf den dreiarmigen
Hebel 14 wird eine Schrägstellung erreicht, so daß der dreiarmige Hebel 14 eine
Verdrehung um den Bolzen 37 gegen den Uhrzeigersinn ausführt. Bei dieser Drehung
werden die Betätigungshebel 35 derart verschoben, daß das Triebwerk C eine
Schuberhöhung und das Triebwerk B eine Schubminderung erfährt. Gleichzeitig wurde
durch die Abwärtsbewegung der Kolbenstange 4 des Servomotors 1 über den Betätigungshebel
34 die Schubkraft des Triebwerks A ebenfalls vermindert.
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Bei einer Schubverminderung des Triebwerks B und einem entsprechenden,
vom Beschleunigungsmesser 32 festgestellten negativen Rollsignal wird durch die
elektrohydraulische Einrichtung ein analoger Ausgleichsvorgang eingeleitet, lediglich
daß jetzt die Sperre 9 entriegelt wird und damit der dreiarmige Hebel 14 eine Verdrehung
in Richtung des Uhrzeigersinns erfährt, um entsprechend eine gegenläufige Schubregelung
der Triebwerke B und C zu veranlassen.
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Ein rein negatives Nickmoment über eine bestimmte Größe hinaus ist
von der Einrichtung nicht auszugleichen. Ein solches Nickmoment würde bedeuten,
daß die beiden Triebwerksgruppen B und C zur Rollachse symmetrische Schubverminderung
aufweisen. Dieses kann praktisch nur bei gleichzeitigem Totalausfall der Triebwerksgruppen
B und C auftreten. Bei jeder anderen Störung der Triebwerke B und C wird gleichzeitig
mit dem Nicksignal immer ein Rollsignal auftreten, da dann keine zur Rollachse symmetrische
Schubverminderung vorliegt.
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Bei Totalausfall der Triebwerksgruppen B und C erübrigt sich ein automatischer
Momentenausgleich, da im vertikalen Steigflug das Fluggerät sofort flugunfähig wird.