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Sicherheitseinrichtung für die selbsttätige Steuereinrichtung eines
Luftfahrzeuges Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitseinrichtung für die
selbsttätige Steuereinrichtung eines Luftfahrzeuges zur Steuerung eines Ruders entsprechend
einem Differenzsignal aus den Ist- und Sollwerten der Ruderbewegungen, die bei fehlerhaftem
Arbeiten der selbsttätigen Steuereinrichtung in Tätigkeit tritt.
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Flugregler haben Servokanäle, die jeweils eine Einrichtung zur Erzeugung
eines Befehlssignals für die Steuerflächenbewegung, einen Stellungsrückmelder, der
entsprechend der tatsächlichen Bewegung der Steuerfläche ein Signal erzeugt, und
einen Servomotor aufweisen, der von dem Differenzsignal dieser Signale gesteuert
wird, um die Differenz auszugleichen. Gewöhnlich wird das Differenzsignal verstärkt,
bevor es dem Servomotor zugeführt wird.
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Aus Sicherheitsgründen können Flugregler mehrere Kanäle zur Betätigung
der Steuerfläche oder -flächen haben. Wenn mehr als zwei Kanäle vorhanden sind und
ein Fehler in einem dieser Kanäle auftritt, so ist es zumindest im Prinzip verhältnismäßig
einfach, den fehlerhaften Kanal festzustellen, da es derjenige ist, der von den
anderen wesentlich abweicht. Wenn jedoch nur zwei Kanäle vorhanden sind, so zeigt
eine Abweichung der beiden voneinander einen Fehler an, nicht aber, in welchem Kanal
der Fehler liegt. Daher besteht der einzig sichere Weg darin, beide Kanäle abzuschließen
und einen wieder anzuschließen. Es ist wichtig, daß man vor dem Wiederanschließen
des betreffenden Kanals weiß, daß dieser Kanal keine falsche Betätigung der Steuerflächen
auslösen kann. Daher ist es Zweck der Erfindung, eine Einrichtung zur Anzeige von
Fehlern zu schaffen, welche gefährliche Bewegungen der Steuerflächen in einem Servokanal
zur Betätigung von Steuerflächen eines sich bewegenden Fahrzeuges auslösen. können,
wenn der Kanal unter Strom gesetzt wird, aber die Flächen nicht bewegt.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung bestehen darin, daß
sie gegenüber den herkömmlichen Geräten einfacher ausgebildet und wirtschaftlicher
ist.
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Eine erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung für die selbsttätige
Steuereinrichtung eines Luftfahrzeuges zur Steuerung eines Ruders entsprechend einem
Differenzsignal aus den Ist- und Sollwerten der Ruderbewegungen, die bei fehlerhaftem
Arbeiten der selbsttätigen Steuereinrichtung in Tätigkeit tritt, ist dadurch gekennzeichnet,
daß ein Integrator das Differenzsignal nach der Zeit integriert und ein oder mehrere
Geräte vorgesehen sind, die eine Warnung geben und/oder die selbsttätige Steuereinrichtung
vom Ruder trennen, wenn das vom Integrator abgeleitete Integral einen vorbestimmten
Wert überschreitet.
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Wenn der Kanal zu keinem Steuermanöver herangezogen wird, so daß das
Flugzeug nur seiner natürlichen Bewegung folgt, so ist bei fehlerfreiem Kanal der
Ausgang des Integrators während jeder Periode, die im Vergleich zu der kurzen Periode
der Eigenbewegung des Flugzeuges lang ist, praktisch Null, solange kein Fehler im
Kanal vorhanden ist.
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Natürlich ist er auch Null, wenn der Kanal »tot« ist, aber das Wiederanschließen
eines toten Kanals kann keinen Schaden anrichten. Hieraus läßt sich erkennen, daß
nach automatischer Unterbrechung infolge der Nichtübereinstimmung zwischen den Kanälen
es für den Flugzeugführer sicherer ist, jeden Kanal. wieder anzuschließen, wenn
der Ausgang des damit verbundenen Integrators unter einem gegebenen Wert liegt.
Wenn beide Kanäle angeschlossen werden können, so kann sich der Pilot dadurch vergewissern,
keinen toten Kanal angeschlossen zu haben, daß er nach dem Anschließen die automatische
Steuerung ein Steuermanöver ausführen läßt. Wenn dieser Befehl nicht ausgeführt
wird, so weiß der Pilot, daß der Kanal »tot« ist, und er kann den anderen anschließen.
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Ebenso leistet, wenn die Steuerfläche durch einen anderen Kanal bewegt
wird, der Kanal, dessen Abweichungssignal nicht seinem Servomotor zugeführt ist,
eine Alarm- oder Überwachungsfunktion, wobei der Integrator des Warnsignals jede
Nichtübereinstimmung zwischen den Kanälen und dadurch einen Fehler in dem einen
oder dem anderen Kanal anzeigt.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand
der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, die in
schematischer Form eine Zweifach-Flugregelanlage für die automatische Betätigung
von Flugzeugrudern wiedergibt.
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Der Steuerkanal 1 weist einen Flugregler 3 auf, dessen Ausgang an
dem Eingang einer Summiervorrichtung angelegt wird. Der Ausgang der Summiervorrichtung
wird einem Verstärker 5 zugeführt, dessen Ausgang wiederum einem elektromechanischen
Wandler 6 zugeleitet wird. Dieser ist über eine elektrisch zu betätigende Kupplung
7 mit dem Eingang eines hydraulischen Stellmotors 8 verbunden, der mit der Flugzeugsteuerfläche
9 gekoppelt ist. Ein Stellungsrückmelder 10 liefert ein Rückkopplungssignal an einem
weiteren Eingang der Summiervorrichtung 4.
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Der Steuerkanal 2 gleicht dem Steuerkanal 1. Er weist einen
weiteren Flugregler 12, eine Summiervorrichtung 13, einen Verstärker 14,
einen elektromechanischen Wandler 15, eine elektrisch betriebene Kupplung 16, einen
hydraulischen Stellmotor 17, einen zweiten Teil 18 der Flugzeugsteuerfläche sowie
einen Stellungsrückmelder 19 auf.
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Der Ausgang des Verstärkers 5 wird außerdem einem Integrator 20 zugeleitet,
dessen Ausgang wiederum an einer Anzeigevorrichtung 21, einer Warnvorrichtung 22
und an dem einen Teil einer zweiteiligen Wicklung eines Relais 23 liegt. Der Ausgang
des Verstärkers 14 wird auch ebenso einem Integrator 24 zugeleitet, dessen Ausgang
wiederum einer Anzeigevorrichtung 25, einer Warnvorrichtung 26 und dem anderen Teil
der Wicklung des Relais 23 zugeführt wird. Dieses Relais hat einen beweglichen Kontakt
27, der im unerregten Zustand mit einem festen Kontakt 28 und im erregten Zustand
mit einem festen Kontakt 29 zusammenwirkt. Der Kontakt 27 kann von Hand im Eingriff
mit dem Kontakt 28 oder 29 verriegelt werden. Der Kontakt 27 ist mit einer elektrischen
Stromquelle 34 verbunden, der Kontakt 28 durch einen Umschalter 30 entweder mit
der Erregerwicklung der Kupplung 7 oder mit derjenigen der Kupplung 16 und der Kontakt
29 mit der erregenden Wicklung einer weiteren elektrisch betriebenen Kupplung 31
verbunden. Die Kupplung 31 liegt zwischen einer Handsteuereinrichtung 32 und einem
mechanischen Verbindungsglied 33, das wiederum zwischen den Abtrieben der Kupplungen
7 und 16 liegt.
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Die Flugregler 3 und 12 sind von der üblichen Bauart vorgesehen und
weisen Kreiselkompasse usw. auf. Sie sprechen auf die Lage des Luftfahrzeuges und
die Änderungsgeschwindigkeit der Lage an.
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Die Flugregler 3 und 12 rufen normalerweise identische Befehlssignale
für die Steuerflächenbewegung hervor. Die Stellungsrückmelder 10 und 19 erzeugen
Rückkopplungen entsprechend der tatsächlichen Be- ; wegung der Steuerflächenteile.
Der Ausgang der Summiervorrichtungen 4 und 13 steht im Einklang mit der Abweichung
zwischen diesen Signalen, und die Anordnung ist so getroffen, daß die hydraulischen
Stellmotoren 8 und 17 in einem Richtungssinn in Tätigkeit gesetzt werden, derart,
daß die Abweichung korrigiert wird.
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Wenn der Ausgang von einem der Integratoren 20 oder 24 eine zuvor
eingestellte Größe (entweder im negativen oder im positiven Sinn) übersteigt, so
wird die entsprechende Warnvorrichtung in Tätigkeit gesetzt, und der Relaiskontakt
27 berührt den Kontakt 3`, setzt die Kupplung 31 unter Strom und macht die Kupplung
7 oder 16 stromlos, je nachdem, welche zuvor unter Strom stand.
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Angenommen, der Schalter 30 steht so, daß die Kupplung 16 mit dem
Kontakt 28 verbunden ist, dann wird, wenn das Relais 23 stromlos ist, der Ausgang
des Wandlers 15 an die beiden hydraulischen Stellmotoren 17 und 8 geleitet. Der
Ausgang des Wandlers 6 wird dann keinem Stellmotor zugeführt. Solange beide Kanäle
übereinstimmen, ist die Bewegung der Steuerfläche 9 unter der Steuerung des Kanals
2 praktisch genauso, als wenn sie durch den Kanal 1 gesteuert worden wäre, und der
Ausgang des Integrators 20 bleibt in den zuvor gesetzten Grenzen. Wenn die Kanäle
voneinander abweichen, was einen Fehler in dem einen von beiden anzeigt, so tritt
die Warnvorrichtung 22 in Tätigkeit, und das Relais 23, das unter Strom gesetzt
wird, macht die Kupplung 16 stromlos und setzt die Kupplung 31 unter Strom. Beide
Stellmotoren stehen dann unter der Handsteuerung 32. Der Flugzeugführer löscht dann
alle Steuerbefehle und prüft die Ausgänge der Integratoren 20 und 24, wie sie durch
die Anzeigeinstrumente 21 bzw. 25 angezeigt werden. Wenn einer sich außerhalb der
vorbestimmten Grenzen befindet, so ist der andere Kanal ohne Zweifel der fehlerfreie
und wird durch Handeinstellung des Kontaktes 27 in Berührung mit dem Kontakt 28
des Relais 23 und Einstellen des Schalters 30 wieder angeschaltet, um die Kupplung
des fehlerfreien Kanals unter Strom zu setzen. Wenn beide innerhalb der gesetzten
Grenzen liegen, so bedeutet dies, daß, obgleich ein Kanal einen Fehler aufweist,
dieser Fehler aber keine gefährliche Steuerflächenbewegung verursachen kann. Jeder
Kanal wird daher wieder angeschlossen (durch passende Einstellung des Relais 23),
und der Pilot gibt geeignete Steuerbefehle. Falls der Befehl ausgeführt wird, weiß
man, daß der angeschlossene Kanal der fehlerfreie ist, während dann, wenn der Befehl
nicht ausgeführt wird, der andere Kanal der fehlerfreie ist, und dieser wird durch
Umlegen des Schalters 30 angeschlossen.
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Wenn die Kupplung eines Kanals im Eingriff steht, so zeigt der mit
dem Kanal verbundene Integrator keinen Fehler an, es sei denn, er tritt außerhalb
der Flugregler auf.