DE1456142C3 - Belastungssimulator für das Steuerorgan eines Fliegerschulungsgerätes - Google Patents

Description

Die Steuerorgane \jn Flugzeugen, Geschossen u. dgl. werden abhängig von verschiedenen Flugparametern verschieden belastet. Bei Flugsimulatoren, welche für die Ausbildung und Prüfung von Flugzeugpersonal verwendet werden, ist es daher notwendig, die tatsächlichen Belastungsverhältnisse, die an Steuerorganen auftreten können, der Wirklichkeit entsprechend auch bei simulierten Steuerknüppeln, Ruderpedalen u. dgl. zu berücksichtigen.

Die Kraft, die in der Wirklichkeit in jedem Augenblick auf ein Steuerorgan eines Flugzeugs aufgebracht wird, richtet sich nach mehreren variablen Größen, z. B. der Stellung des Steuerorgans, dem während des Fluges im jeweiligen Augenblick auftretenden dynamischen Druck, verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten des Flugzeugs, der Stellung von Trimmklappen, den Einwirkungen von Kraftverstärkersystemen usw.

Bei Flugsimulatoren werden daher Einrichtungen vorgesehen, welche die Steuerorgane mit einer derartigen Kraft belasten. Die jeweilige Stellung des Steuerorgans wird dabei in eine Abhängigkeit von verschiedenen Flugparametern gebracht, und die daraus resultierenden Werte werden einem Kraft-Generator zugeführt, so daß dieser das betreffende Steuerorgan funktionsabhängig belastet.

Bei einer derartig bekannten Einrichtung (USA.-Patentschrift 3 063 160) werden einem Summationsverstärker die Signale von einem Steuerorgan über eine Stellungsschleife, eine Rechnerschleife und eine Geschwindigkeitsschleife sowie frei wählbare Parameter-Signale aufgegeben, und das resultierende Signal beaufschlagt dann den Kraft-Generator.

Nachteilig bei dieser Einrichtung ist jedoch, daß

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Auswanderungsfehler, welche von den Stellungs- und sere Reproduktion des mathematischen Modells, Geschwindigkeitsschleifen herrühren, in der Rechner- denn diese Schleife hängt in erster Linie von Verschleife falsche Werte und damit an dem Steuerorgan Stärkungsvorrichtungen ab, mittels deren die Schleifenfalsche Belastungen verursachen, daß ferner bei An- Übertragungsfunktionen gelöst werden, und sie ist von wendung einer reinen Analogtechnik die Verflechtung 5 der Servoeinrichtung zum Belasten des Steuerorgans der einzelnen Funktionen nicht voll erfaßbar und damit unabhängig. Mit anderen Worten, das mathematische schlecht zu stabilisieren ist, daß auch bei Anwendung Modell wird durch die Servokraftschleife und nicht einer digitalen Rechentechnik in Verbindung mit durch die Servostellungs- und Geschwindigkeits-Digital-Analog-Wandlern jede Fluggröße nur so schleife verwirklicht. Ferner ist es durch lineares lange richtig ist, als die betreffende Fluggröße konstant io Interpolieren der Stellung des Steuerorgans mit den ist, und daß schließlich die Frequenzempfindlichkeit verschiedenen niederfrequenten Fehlersignalen möggegenüber den verwendeten Rechnern zu gering ist. lieh, die Frequenzempfindlichkeit der Kraftschleife

Die Flugschüler sind jedoch für die Steuerkräfte auf einem hohen Wert zu halten, denn das Signal

erheblich empfindlicher, so daß es sehr erwünscht für die Stellung des Steuerorgans ist die einzige

und im allgemeinen auch erforderlich ist, bei einem 15 variable Größe, die sich in der geschlossenen Schleife

System zum Belasten der Steuerorgane eines Flug- auswirkt. Obwohl die auf das Steuerorgan aufge-

simulators eine relativ hohe Frequenzempfindlichkeit brachte Kraft möglicherweise nicht genau den richti-

vorzusehen. Verwendet man ein digitales Rechengerät, gen Wert hat, bis das digitale Rechengerät sämtliche

so besteht die nächstliegende Lösung, die bei zahl- Berechnungen durchgeführt hat, bewirkt hierbei eine

reichen kombinierten Digital-Analog-Systemen auch ao Änderung der auf das Steuerorgan aufgebrachten

tatsächlich angewendet wird, darin, die bisher in Kraft augenblicklich, daß dem Kraftrückkopplungs-

analoger Form berechneten Größen als digitale Servomechanismus ein Signal zugeführt wird, ohne

Zahlen zu berechnen, die digitalen Größen in analoge daß die Berechnung neuer Werte abgewartet wird.

Spannungen zu verwandeln, um einen Kraftrück- Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Er-

kopplungs-Servomechanismus bekannter Art zu be- as findung an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin

tätigen, ferner die Stellung des Steuerorgans zu zeigt

fühlen und die Stellung in eine digitale Zahl zu ver- Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer wandeln, woraufhin die digitale Zahl dem digitalen bekannten Einrichtung zum Belasten von Steuer-Rechengerät erneut zugeführt wird. Organen,

Eine solche direkte Lösung ist jedoch nach dem 30 F i g. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgebisherigen Stand der Technik nicht möglich, da die mäßen Einrichtung zum Belasten von Steuerorganen, Frequenzempfindlichkeit, die für Stellungs- und Ge- F i g. 3 das Blockdiagramm einer Simulationsschwindigkeitsschleifen notwendig ist, um eine realisti- schaltung für die Einrichtung gemäß F i g. 2,
sehe Nachahmung zu gewährleisten, sehr groß sein F i g. 4 schematisch die elektrische Schaltung eines muß. Die Frequenzempfindlichkeit eines Digital- 35 in F i g. 3 dargestellten Kraftfunktionsgenerators, rechners wird jedoch durch die Geschwindigkeit be- Gemäß F i g. 1 wird die durch einen Flugschüler stimmt, mit der jede Fluggröße erneut berechnet und auf das Steuerorgan 10 aufgebrachte Kraft mit Hilfe auf den neusten Stand gebracht wird; Größe und eines Wandlers 12 in ein elektrisches Signal ver-Kosten eines Digitalrechners richten sich im wesent- wandelt, das dann über einen Widerstand 16 einem liehen nach der Wiederholungsgeschwindigkeit der zu 40 Summationsverstärker 14 als ein erstes Eingangssignal berechnenden Größen. Zwar ist es theoretisch möglich, zugeführt wird. Ein zweites Eingangssignal für den in der Praxis jede gewünschte Wiederholungs- oder Summationsverstärker 14 wird durch einen Kraft-Neuberechnungsgeschwindigkeit dadurch zu erreichen, funktionsgenerator 18 erzeugt, dem die nachgeahmte daß man mehrere parallelgeschaltete Rechner ver- statische Kraft des Flugzeugs und Signale für die wendet, doch würde es sehr unwirtschaftlich und 45 Stellung des Steuerorgans zugeführt werden. Der außerordentlich kostspielig sein, den Betrieb derart Summationsverstärker 14 verarbeitet diese beiden zu beschleunigen, daß die erforderliche Frequenz- Eingangssignale derart, daß an seinem Ausgang ein empfindlichkeit erreicht wird. Signal für die »benötigte Kraft« erscheint, mittels

Aufgabe der Erfindung ist demgemäß, eine ver- dessen eine Kraftrückkopplungs-Servoeinrichtung 20

besserte Einrichtung zur Nachbildung der auf das 50 betätigt wird, um auf das Steuerorgan 10 die ge-

Steuerorgan eines Fliegerschulungsgerätes einwirken- wünschten Kräfte und Bewegungen des simulierten

den Belastung derart zu schaffen, daß eine Servo- Flugzeugs zu übertragen. Es sei bemerkt, daß sich

kraftschleife an Stelle einer Servostellungsschleife bei solchen bekannten Einrichtungen, die mit einer

zur Aufbereitung der Flugzeugdaten in einem Digital- Servostellungsschleife arbeiten, der Nachteil einer

rechner vorgesehen ist, wobei die Einrichtung eine 55 relativ geringen Stabilität ergibt; ferner haben diese

höhere Frequenzempfindlichkeit als der Digitalrechner Systeme eine relativ geringe Frequenzempfindlichkeit,

aufweist, unempfindlich gegen Auswanderungs- und und außerdem ergeben sich Schwierigkeiten aus der

Störsignale ist und die Anzahl gleicher Bauteile we- Auswanderung.

sentlich verringert ist, so daß nur noch tatsächliche In F i g. 2 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung

Kräfte auf die Steuerorgane aufgebracht werden. 60 zum Belasten von Steuerorganen dargestellt. Gemäß

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung gemäß F i g. 2 ist an Stelle einer Servostellungsschleife eine

dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die in Servokraftschleife vorgesehen, so daß eine bessere

diesem Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale ge- Reproduktion des mathematischen Modells möglich

löst. ist, denn bei der Servokraftschleife werden in erster

Allgemein gesprochen wird an Stelle einer Servo- 65 Linie Verstärkungsvorrichtungen benutzt, um die

Stellungsschleife eine Servokraftschleife benutzt, um Übertragungsfunktionen der Schleife zu lösen, und

die nachgeahmten Flugzeugdaten zu verarbeiten. Die die Anordnung ist von der Servoeinrichtung zum

Verwendung einer Kraftschleife ermöglicht eine bes- Belasten des Steuerorgans unabhängig. Gemäß

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Fig. 2 bringt der Flugschüler eine Kraft auf das Kraftfunktionsgenerator beiträgt und wobei K eine Steuerorgan 30 auf, und diese Kraft wird dann auf Konstante, V die Geschwindigkeit und X die Auseine Meßstufe 32 übertragen. Diese Kraft, der durch lenkung ist.

ein Betätigungsorgan 34 ein Widerstand entgegen- Weiterhin sei bemerkt, daß die Servoschleife über gesetzt wird, wird durch einen Wandler 36 in ein 5 den Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsblock elektrisches Signal verwandelt. Dieses Signal wird geschlossen ist und daß es daher gemäß der folgenden dann einer Simulationsschaltung 38 zugeführt, die Beschreibung genügt, einen minimalen Trägheitswert einem ersten Eingang eines Summationsverstärkers von z. B. 0,117 kgm² in die Servoschleife einzuführen, 42 über eine Leitung 40 ein berechnetes Stellungs- um den Stabilitätserfordernissen der Einrichtung signal zuführt. Ein weiteres Eingangssignal wird dem io bzw. des Systems zu entsprechen; mit anderen Worten, Summationsverstärker 42 über eine Leitung 44 züge- die Frequenzempfindlichkeit der Servoschleife soll führt; dieses Signal repräsentiert die tatsächliche nicht die Frequenzempfindlichkeit der übrigen Teile Stellung des Steuerorgans 30 und wird durch einen des Systems überschreiten. Eine Untersuchung zeigt, Stellungsgeber 46 erzeugt. Da es sich bei der Simula- daß die gesamte Trägheitskraft, die zum Flugzeugtionsschaltung 38 um ein System zweiter Ordnung 15 führer übertragen wird, gleich der mechanischen handelt, wird ferner auch die berechnete Geschwin- Trägheit in der Steuereinrichtung zwischen dem Flugdigkeit dem Simulationsverstärker 42 über eine Lei- schüler und dem Wandler 36 zuzüglich der nachtung 48 zugeführt. geahmten Trägheit ist, welche in das mathematische

Das Ausgangssignal des Summationsverstärkers 42 Modell eingeführt wird. Ferner kann der Trägheits-

wird dann einem Servomechanismus 50 zugeführt, 20 wert, der zu dem Flugschüler mit Hilfe der Einrichtung

der ein hydraulisches Ventil 52 steuert, das mit dem übertragen wird, zusätzlich durch eine mechanische

Betätigungsorgan 34 verbunden ist. Jede Auswande- Gestängeuntersetzung zwischen dem Wandler 36 und

rung, die in das System durch das Ventil 52 eingeführt dem Stellungsgeber 46 verkleinert werden,

wird, kann somit eine Stellungsänderung des Steuer- Bei einem wirklichen Flugzeug kann die aero-

organs 30 bewirken, wie es auch bei den bekannten 25 dynamische Kraft F, die auf das Steuerorgan für den

Systemen der Fall ist, doch wird diese Auswanderung Flugzeugführer aufgebracht wird — wenn man an-

nicht in das Flugsystem eingeführt. nimmt, daß kein Kraftverstärkersystem verwendet

Ferner ■ sei bemerkt, daß die erfindungsgemäße wird — wie folgt ausgedrückt werden:

Einrichtung eine erheblich bessere Stabilität der _

Servoeinrichtung zum Belasten des Steuerorgans 3° „. . . ^hm^'

zeigt. Dieses Ergebnis kann deshalb erzielt werden, Hierin ist

weil es ohne weiteres möglich ist, die Trägheit des F = aerodynamische Kraft, die auf das Steuer-Systems auf einem Wert zu halten, der größer ist als organ ohne Steuerfunktionskräfte, Klöppelder Mindestwert, welcher erforderlich ist, um die kugelkräfte oder »sprashpot«-Kräfte od. dgl. Stabilität der Servokraftschleife zu gewährleisten. 35 aufgebracht wird;

Bei den bis jetzt bekannten Einrichtungen ist es im khm — der Scharnierbewegungsbeiwert der Ruderallgemeinen nicht möglich, ein zuverlässiges Stellungs- fläche;

eingangssignal entsprechend dem nachgeahmten Flug q = der augenblickliche dynamische Druck, der

aufrechtzuerhalten, da sich die unvermeidbare Aus- normalerweise gleich der halben Luftdichte

wanderung mit der Hysteresisschleife des Ventils 52 40 multipliziert mit dem Quadrat der wahren

kombiniert. Bei der Erfindung ist es dagegen möglich, Fluggeschwindigkeit ist.
bei den Schleifen mit einer hohen Verstärkung zu

arbeiten, um die Gleichungen für die Vorspann- In der vorstehenden Gleichung richtet sich der

oder Zentrierfedern zu lösen; auf diese Weise kann Scharniermomentbeiwert der Ruderfläche, d. h. die

die berechnete Stellung des Steuerorgans auf den 45 Größe khm, nach mehreren variablen Größen und

neutralen Wert korrigiert werden. kann als eine Basisfunktion/^b zuzüglich mehrerer

Bei den meisten bekannten Flugsimulatoren konnte Fehlerfunktionen z. B. in der nachstehenden Form das nachgeahmte Navigationsgerät den Flugrechner ausgedrückt werden,
nicht »fliegen«, wenn die Servoeinrichtung zum Belasten des Steuerorgans in die Schleife des auto- 50 knm = f(x)B + Af(_X)_M + Af_(X)WF + Af(X)TRiM ■
matischen Navigationsgeräts eingeschaltet war. Aus

diesem Grunde werden bis jetzt provisorische Schal- Hierin bezeichnet (x) die Stellung einer bestimmten

tungen verwendet, um die Steuerservoeinrichtung an- Ruderfläche, z. B. eines Höhenruders, eines Seiten-

zutreiben, während das automatische Navigations- ruders oder in manchen Fällen sogar die Stellung des

gerät bei dem Flugsystem die Steuerservoeinrichtung 55 vom Flugzeugführer zu betätigenden Steuerorgans, vollständig umgeht.

Die Einrichtung gemäß F i g. 2 kann dagegen f(x)B ist die Basisfunktion, welche die Änderung die Frequenzempfindlichkeit leicht durch einfache des Scharnierbewegungsbeiwerts in Ab-Änderungen der Verstärkung in der Schleife bestim- hängigkeit von (x) ausdrückt,
men, wobei geeignete Leitungsnetzwerke verwendet 60 Af(_X)M ist eine Inkiementfunktion, die die Ändewerden, so daß dabei die Übertragungsfunktionen rung des Scharniermomentbeiwerts ausdes automatischen Navigationsgeräts leicht gelöst drückt, wobei (x) eine Funktion der bei werden können. Ferner kann durch die Hinzufügung dem nachgeahmten Flug zu berücksicheiner Kraft KV für die Flüssigkeitsreibung zu jeder tigenden Machzahl ist.
Stellungskraft KX ein sehr stabiles System, bei dem 65 Af(_X)wF ist eine Inkrementfunktion, die die Ändesich realistische Dämpfungsverhältnisse ergeben, er- rung des Scharnierbewegungsbeiwerts auszielt werden, wobei die Stellungskraft KX zu einem drückt, wobei (x) eine Funktion der diskontinuierlichen oder steilen Anstieg bei dem Tragflächenklappenstellung ist.

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Δ/(X)TRiM ist eine Inkrementfunktion, die die Ände- entnommen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 61

rung des Scharnierbewegungsbeiwerts aus- wird dann einem ersten Integrator 64 zugeführt, der

drückt, wobei (x) eine Funktion des die Geschwindigkeit berechnet; hierauf gelangt das

Steueroigans für die Trimmorgane ist. Signal zu einem weiteren Integrator 68, mittels dessen

5 die »berechnete« Stellung des Steuerorgans abgeleitet

Die meisten der Fehlerfunktionen in der vorstehen- wird.

den Gleichung, z.B. Af(_X)_M, Af(_X)wF, A/^trim, Gemäß Fig. 2 werden die berechneten, der Siändern sich mit einer relativ niedrigen Geschwindig- mulationsschaltung 38 zugeführten Angaben über die keit, so daß diese Größen leicht mit Hilfe eines auf das Flugzeug wirkende Luftkraft mit Hilfe eines digitalen Rechengeräts bekannter Art berechnet ίο Digitalrechners gewonnen; die Informationen über werden können. Da jedes dieser Fehlersignale außer- die berechnete Stellung des Steuerorgans werden dem dem nur zur Größe der F_aero-Spannung und nicht Digitalrechner zugeführt. Dieser Digitalrechner, der zur Phase dieser Spannung beiträgt, ist eine dem in erster Linie der Verwendung bei einem Flug-Steuerorgan zugeordnete Stellungsschleife vorhanden, simulator angepaßt ist, nimmt mehrere analoge Signale die um den Servomechanismus 50 und durch diesen 15 auf; diese Signale werden in entsprechende digitale hindurch verläuft und vollständig außerhalb des Signale verwandelt, nach logischen Gesichtspunkten Rechengeräts angeordnet ist. verarbeitet und dann wieder in die analoge Form zuWenn der Flugschüler versucht, das Steuerorgan 30 rückverwandelt. Als Eingangs-Ausgangs-System beruckartig in eine andere Stellung zu bringen, wird die trachtet, ähnelt dieser Rechner einem großen Analog-Änderung der auf das Steuerorgan aufgebrachten 20 rechner, dem analoge Eingangssignale zugeführt Kraft augenblicklich festgestellt und durch die Meß- werden und der analoge Ausgangssignale liefert, stufe 32 zu dem Servomechanismus 50 übertragen, Ferner liefert der Rechner die erforderlichen Ausgangsund die Änderung der »benötigten Kraft«, die auf die signale für sämtliche nachgeahmte Anzeigegeräte und Änderung der Stellung des Steuerorgans zurückzu- Flugbedingungen des simulierten Flugzeugs,
führen ist, wird augenblicklich durch mehrere Funk- 25 Es ist von größter Bedeutung, daß sich jede Steltionsgeneratoren berechnet und sofort dem Servo- lungsänderung des Steuerorgans ohne Verzögerung mechanismus zugeführt, ohne daß es erforderlich ist, auf die der »benötigten Kraft« entsprechende Spanabzuwarten, bis das Rechengerät neue Größen be- nung an dem Servomechanismus 50 auswirkt. Wenn rechnet hat. Zwar können sich die abgestuften ana- diese Spannung die Stellungsänderung des Steuerlogen Spannungen, die durch den dem digitalen 30 organs nur nach einer Verzögerung, die z. B. durch Rechengerät zugeordneten Digital-Analog-Wandler " die Berechnung neuer Größen durch das digitale erzeugt werden, ändern oder unverändert bleiben, Rechengerät bedingt ist, wiedergeben würde, dann wenn sich der Flugschüler in der beschriebenen Weise würde in dem System, bis die Rechenvorgänge abgeverhält, und möglicherweise wird der genau richtige schlossen sind, ein Fehlersignal von erheblicher Größe Wert von F_aero erst dann vollständig berechnet, nach- 35 auftreten und eine völlig unrealistische Kraft auf das dem das digitale Rechengerät sämtliche Rechenvor- Steuerorgan aufgebracht werden,
gänge durchgeführt hat, doch handelt es sich bei dem Es ist deshalb eine unabhängige analoge Kraftberechneten Wert F_aero in der Zwischenzeit nur um schleife vorgesehen, die gemäß F i g. 3 von dem einen Größenfehler und nicht um einen Phasenfehler, digitalen Rechengerät getrennt ist; diese Schleife so daß die Kraftservoschleife stabil arbeitet und eine 40 kommt augenblicklich zur Wirkung. Auf das Steuererheblich höhere Frequenzempfindlichkeit aufweist, organ 30 wird dabei eine analoge Spannung mit der als es bei anderen bekannten Systemen 4er Fall ist, erforderlichen Phase entsprechend der »benötigten bei denen die Reaktionsfähigkeit durch die Rechenge- Kraft« aufgebracht. Diese Spannung wird dann entschwindigkeit des digitalen Rechengeräts begrenzt wird. sprechend den berechneten digitalen Daten, die sich In F i g. 3 ist eine Ausbildungsform der Simu- 45 im Hinblick auf die Charakteristiken des Flugzeugs lationsschaltung 38 dargestellt. Gemäß F i g. 3 wird nur langsam ändern, in der Amplitude korrigiert, ein erstes analoges Signal einem Summationsverstär- Während die erforderliche Frequenzempfindlichker 61 zugeführt. Dieses erste analoge Signal entspricht keit für eine realistische Nachahmung bei den meisten der tatsächlich durch den Flugschüler auf das Steuer- nachgeahmten Anzeigen und Bedingungen in der organ 30 aufgebrachten Kraft, wobei der mechanische 5° Größenordnung von 3 Hz liegen kann, wird eine Kraftunterschied durch den Wandler 36 in ein analo- erheblich höhere Frequenzempfindlichkeit benötigt, ges elektrisches Signal umgewandelt wird. wenn das Steuerorgan wirklichkeitsgetreu belastet Ein weiteres Eingangssignal für den Verstärker 61 werden soll. Zwar können die schrittweisen Ändewird durch einen Kraftfunktionsgenerator 62 erzeugt, f ungen der dem Digitalrechner entnommenen analogen der ein Signal liefert, welches der berechneten Span- 55 Ausgangsspannungen für den Flugschüler unbemerkbar nung für die »benötigte Kraft« entspricht. Diese bleiben, oder, wenn sie bemerkbar sind, leicht ausge-Spannung wird aus verschiedenen variablen Größen filtert werden, doch in der Belastung des Steuerorgans abgeleitet, die mit Hilfe des zugeordneten digitalen würden solche schrittweisen Änderungen natürlich Rechengeräts berechnet werden; hierzu gehören der für den Flugschüler bemerkbar sein, denn sie würden dynamische Druck g, die Machzahl M, die Trag- 60 zu schnellen Bewegungen des Steuerorgans 30 führen, flächenklappenstellung Fw, die Trimmung usw. sowie Schrittweise Änderungen lassen sich jedoch nicht die berechnete Stellung des Steuerorgans; hierauf leicht ausfiltern, ohne daß die Frequenzempfindlichwird im folgenden näher eingegangen. keit des Systems zum Belasten des Steuerorgans bis Ein weiteres dem Summationsverstärker 61 züge- unter einen annehmbaren Mindestwert zurückgeht führtes Eingangssignal richtet sich nach berechneten 65 bzw. ohne die Schleife zum Belasten des Steuerorgans Grenz- oder Bezugswerten und Reibungskräften unstabil zu machen. Somit spricht die in F i g. 3 sowie nach einem Beiwert des dynamischen Drucks; gezeigte Schaltung augenblicklich auf die Stellungsdieses Signal wird einem Summationsverstärker 66 änderung des Steuerorgans 30 an, ist von dem Digital-

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rechner vollständig getrennt und bestimmt die Phase analoge Spannung für die Stellung der Tragflügel- und die annähernde Größe des Signals für die »be- klappen ist ebenfalls eine sich nur relativ langsam nötigte Kraft«. Ferner sei bemerkt, daß F i g. 3 ändernde Größe, so daß die Schritte.klein sind, mit eine Kraftschleife und nicht etwa eine Stellungs- denen die der Servoeinrichtung 88 zugeführte analoge schleife zeigt; daher hat eine in das System einge- 5 Spannung geändert wird. Ferner werden die Schritte, führte Auswanderung, die z. B. auf das hydraulische die bei den Spannungen entsprechend der Machzahl Ventil 52 zurückzuführen ist, keine Wirkung auf die und der Stellung der Tragflügelklappen auftreten, gesamte Einrichtung. teilweise durch die natürliche Trägheit dieser Ein-

F i g. 4 zeigt eine Ausbildungsform des Kraft- richtungen ausgefiltert, so daß keine bemerkbaren funktionsgenerators 62. Gemäß F i g. 4 wird eine io Schritte oder Sprünge in den beiden Teilspannungen Funktion der Luftkraft dadurch erzeugt, daß mehrere für den Scharniermomentbeiwert auftreten, die dem analoge Spannungen summiert werden, von denen Summierungsverstärker 94 über die Maßstabswiderjede eine Teilfunktion des Scharniermomentbeiwerts stände 98 und 100 zugeführt werden,
repräsentiert. Der Basisausdruck f(x) des Scharnier- Eine Spannung, die die Stellung des Betätigungs-

momentbeiwerts wird durch die analoge Ausgangs- 15 organs für die Trimmklappe des Höhenruders als eine spannung einer verstellbaren Vorrichtung 82 reprä- weitere Komponente des , Scharniermomentbeiwerts sentiert, bei der es sich um ein Potentiometer handeln repräsentiert, wird in analoger Form von dem Digikann; diese Spannung wird einem Summationsver- talrechner abgegeben und dem Summationsverstärker stärker 94 über einen Maßstabwiderstand 102 zu- 94 über einen Maßstabswiderstand 104 zugeführt, geführt. Ein weiteres Glied des Scharniermoment- 20 Da es sich hierbei gewöhnlich um einen kleinen Teil beiwerts wird dadurch gewonnen, daß man mit Hilfe des gesamten Scharniermomentbeiwerts handelt, sind eines servogetriebenen Potentiometers 84 zwischen alle Schritte oder Stufen in der analogen Ausgangsmehreren analogen Funktionsspannungen interpoliert, spannung, die auf die Wiederholungsgeschwindigkeit die an das Potentiometer 84 angelegt werden; auch der Rechenvorgänge des digitalen Rechengeräts zudieses Glied wird dem Summationsverstärker 94 25 rückzuführen sind, von geringer Größe und führen über einen Maßstabwiderstand 98 zugeführt. Der daher nicht zu großen Stufen bei dem gesamten Schleifkontakt des Potentiometers 84 wird durch einen Scharniermomentbeiwert bzw. bei der Spannung, Servomechanismus 90 verstellt, welcher z. B. eine welche die »benötigte Kraft« repräsentiert.
Gleichstrom-Stellvorrichtung bekannter Art ist und Die Komponenten des Scharniermomentbeiwerts

die so geschaltet ist, daß sie der analogen Spannung 30 werden mit Hilfe des Summationsverstärkers 94 folgt, welche die Machzahl für den nachgeahmten summiert und den Wicklungen eines Potentiometers Flug repräsentiert und die dem Digitalrechner ent- 96 zugeführt, dessen Schleifkontakt durch einen nommen wird. Wegen der Trägheit des Flugzeugs ist weiteren analog arbeitenden Gleichstrom-Servomezu beachten, daß es sich bei der Machzahl um eine chanismus 92 entsprechend dem augenblicklichen dysich nur langsam ändernde variable Größe handelt, 35 namischen Druck während des simulierten Fluges so daß die Schritte der berechneten analogen Span- verstellt wird; hierbei handelt es sich wiederum um, nung für die Machzahl relativ klein sind. Die Funk- eine sich nur relativ langsam ändernde Größe, so tionsspannungen, die dem Potentiometer 84 zugeführt daß die Stufen der dem dynamischen Druck analogen werden, werden den Potentiometern 72, 74 und 76 Spannung, die dem Digitalrechner entnommen wird entnommen, wobei jedes Potentiometer eine andere 4° und dazu dient, den Servomechanismus 92 zu vergetrennte Funktionsspannung ableitet. Die Schleif- stellen, klein sind. Wie aus der vorstehenden Bekontakte der Potentiometer 72, 74 und 76 sind Schreibung und den Gleichungen ersichtlich, multisämtlich auf hier nicht gezeigte Weise mechanisch pliziert die Simulationsschaltung 38 den gesamten miteinander verbunden, so daß sie entsprechend der Scharniermomentbeiwert mit dem berechneten nach-Stellung des Steuerorgans des Flugsimulators verstellt 45 geahmten dynamischen Druck, um ein Signal zu weiden; die Wicklungen dieser Potentiometer, die erzeugen, das der aerodynamischen »benötigten Kraft« kurzgeschlossen und/oder in unterschiedlicher Weise entspricht. Ferner sei bemerkt, daß es sich bei der in, angezapft sein können, werden mit Hilfe einer Energie- F i g. 4 gezeigten Schaltung nur um ein Ausführungsquelle bekannter Art mit konstanten Spannungen beispiel handelt und daß sich die jeweilige Anordnung gespeist. 50 nach der Konstruktion des nachzuahmenden Flug-

Ein weiterer Wert des Scharniermomentbeiwerts zeugs richtet.

wird auf ähnliche Weise mit Hilfe eines servoge- Es ist von besonderer Bedeutung, daß eine Kraft-

triebenen angezapften Potentiometers 86 abgeleitet, servoschleife verwendet wird, während bei den bedas zwischen zwei Funktionsspannungen interpoliert, kannten Systemen mit einer Stellungsservoschleife bei denen es sich um Funktionen der Stellung des 55 gearbeitet wird; gemäß der Erfindung wird hierdurch Querruders, des Höhenruders, des Seitenruders und/ eine hervorragende Stabilität der Servoeinrichtung oder eines Steuerorgans des nachgeahmten Flugzeugs zum Belasten des Steuerorgans gewährleistet, denn handeln kann, wobei die Potentiometer 78 und 80 die in die Kraftservoschleife eingeführte Trägheit eine Modifizierung bewirken. Es können auch an Stelle kann leicht auf einem Wert gehalten werden, der der Potentiometer 78 und 80 sowie der Potentio- 60 höher ist als der Mindestwert, welcher bei allen meter 72, 74 und 76 Diodenfunktionsgeneratoren ver- übrigen Teilen des Systems benötigt wird. Ferner wendet werden. Das Potentiometer 86 wird durch liefert dieses Merkmal in hervorragender Weise die einen Servomechanismus 88 angetrieben, bei dem es Möglichkeit, die Steuerung in einen Trimmungszusich wiederum um eine analog arbeitende Stellvor- stand zurückzuführen; dies ist bei den bis jetzt berichtung handelt. Das der Servoeinrichtung 88 züge- 65 kannten Systemen nicht möglich, da eine Auswandeführte Eingangssignal umfaßt eine »berechnete« ana- rung direkt in das Flugsystem eingeführt wird und da löge Spannung für die Stellung der Tragflügelklappen sich bei dem hydraulischen Steuerventil eine Hystere- und wird dem Digitalrechner entnommen. Diese sisschleife bemerkbar macht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Nachbildung der auf das Steuerorgan eines Fliegerschulungsgeräts einwirkenden Belastung, bestehend aus einer Schaltung zur Ermittlung der jeweiligen Stellung des Steuerorgans sowie zur Erzeugung eines sich mit der Verstellung des Steuerorgans ändernden analogen Reaktionssignals, das der Differenz zwischen der tatsächlichen und der berechneten Stellung des Steuerorgans entspricht und von simulierten und berechneten Parametern sowohl des Flugzeug-Steuerverhaltens als auch der Aerodynamik und anderer auf das Flugzeug wirkender Kräfte abhängt, sowie aus einem auf dieses Reaktionssignal ansprechenden Servomechanismus, der das Steuerorgan mit einer dem Reaktionssignal proportionalen und der ermittelten Verstellung entgegengerichteten Reaktionskraft beaufschlagt, gekennzeichnet durch eine Meßstufe (32) zur Ermittlung der auf das Steuerorgan (30) ausgeübten Steuerkraft sowie eine Simulationsschaltung (38), die ein zweites von der Stellung des Steuerorgans unabhängiges analoges Reaktionssignal, das die aus der Differenz zwischen der Steuerkraft und den entgegengerichteten Kräften resultierende Steuergeschwindigkeit wiedergibt, berechnet und dem Servomechanismus (50) zusätzlich zu dem ersten analogen Reaktionssignal zuführt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationsschaltung (38) einen mit dem Servomechanismus (50) in Verbindung stehenden Summationsverstärker (61) mit mehreren Eingängen umfaßt, von denen einer mit dem Ausgang der Meßstufe (32) verbunden ist, ferner einen Kraft-Funktionsgenerator (62), der ein den berechneten und unter den simulierten Flugbedingungen auf das Steuerorgan (30) wirkenden Kräften entsprechendes Signal erzeugt und einem zweiten Eingang des Summationsverstärkers (61) zuführt, sowie einen mit dem Ausgang des Summa tionsverstärkers verbundenen Integrator (64) zur Erzeugung des zweiten analogen Reaktionssignals.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationsschaltung (38) einen zweiten Integrator (68) umfaßt, der an den Ausgang des ersten Integrators (64) angeschlossen ist, das erste analoge Reaktionssignal erzeugt und mit dem Servomechanismus (50) in Verbindung steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Servomechanismus (50) ein weiterer Summationsverstärker (42) vorgeschaltet ist, dessen drei Eingänge mit dem ersten Integrator (64) bzw. mit dem zweiten Integrator (68) bzw. einem die Stellung des Steuerorgans (30) übertragenden Stellungsgeber (46) verbunden sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft-Funktionsgenerator (62) mehrere an eine Gleichspannungsquelle angeschaltete Potentiometer (72, 74,76, 78, 80) umfaßt, deren Abgriffe entsprechend der Stellung des Steuerorgans (30) verstellbar sind; ferner ein Paar von mehrfach angezapften weiteren Potentiometern (84, 86), deren Wick-

lungsabschnitte von den einzelnen ersten Potentiometern beaufschlagt werden und deren Abgriffe von zwei Servomechanismen (88, 90) verstellbar sind, die analog ausgewählten berechneten auf das Steuerorgan (30) wirkenden aerodynamischen Größen steuerbar sind; ferner ein drittes Potentiometer (96), dessen Abgriff von einem dritten Servomechanismus (92) verstellbar ist, das analog den ,berechneten Momentanwerten des bei den angenommenen Flugbedingungen herrschenden dynamischen Drucks steuerbar ist; sowie einen dritten Summationsverstärker (94), dessen beide Eingänge an den Abgriffen der beiden angezapften Potentiometer (84, 86) liegt und dessen Ausgang die Wicklung des dritten Potentiometers (96) beaufschlagt, an dessen Abgriff das Kraft-Funktionssignal abnehmbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einem weiteren Eingang des in dem Kraft-Funktionsgenerator (62) enthaltenen Summationsverstärkers (94) ein nach dem Gelenkmomentbeiwert des Steuerorgans (30) berechnetes Analogsignal zuführbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß einem vierten Eingang des in dem Kraft-Funktionsgenerator (62) enthaltenen Summationsverstärkers (94) ein weiteres Analogsignal zuführbar ist, das nach der Stellung einer dem Steuerorgan (30) zugeordneten Trimmklappe berechnet ist.