DE1481548A1 - Vortriebsregler - Google Patents

Description

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Patentanmeldung Fluggerätewerk Bodensee G.m.b.H., Überlingen ( Bodeneee ) Vortrieberegler

Die Erfindung betrifft einen Vortrieberegler für Flugseuge, bei welchem die Brennetoffzufuhr eu den Triebwerken In Abhängigkeit τοη der Fluggeschwindigkeit regelbar iat_e |

Die Pluggeeohwindigkeit wird mittels der Gaedroseel sei ee roe Piloten, eel ee von einem Vortrieberegler geregelt. Davon unabhängig erfolgt die Bnhnregelung, die in der Vertikalen - vom Piloten oder ▼on einem Autopiloten - durch Verstellung dea Höhenrudere bewirkt wird. Ea treten nun lnebeeondere bei Flugseugen, deren Triebwerk· weit unterhalb dee Schwerpunktes liegen» wie b.B. der Boeing 707, Schwierigkelten dadurch auf, daß ein· Veränderung der Brennstoffzufuhr BU den Triebwerken, d.h. eine Sohubänderung, große Nomente um die Querachse ergibt· Eine Schuberhöhung bewirkt so ein Aufbäumen dei Plugzeuges und dadurch eine Bahnänderung. Die erhöhte Leistung wird dann als Steigleietung verbraucht und bringt keine Pahrterhöhung. Es kann im Gegenteil sogar ein Fahrtabfall auftreten. Die Bahnabwei- ( chung wird dann wieder vom Piloten oder Autopiloten duroh das Höhenruder korrigiert. Andererseits wird duroh Betätigung.des Höhenrudere gleichseitig eine Fahrtänderung durch Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie oder umgekehrt bewirkt. Venn das Flug« zeug nach Betätigung des Höhenrudere steigt, um eine Bahnabweiohuog nach unten su korrigieren, dann tritt eine Umwandlung von kinetieohe: Energie in potentielle Energie ein« die su einer FahrtYeroinderung führt.

Die Regelkreise für Vortrieb (Geschwindigkeit)-und Bahn sind also miteinander vermascht.

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Die Verhältnisse können anhand von Pig. 1 veranschaulicht werden· Barin ist durch daa Rechteck 10 das flugzeug dargestellt, deaeen regeltechnische Eingangsgrößen der Winkel & der Gashebelsteilung und die Auslenkung J des Höhenruders sind. Dae Plugzeug reagiert darauf mit einer bestimmten Fluggeschwindigkeit ν und einem Bahnwinkel

d h

wobei h die Plughöhe isto Die Eigenschaften des Plugseuges 10 sind eo, daß sich eine Xnderung von 6 (Gashebelverstellung) vorwiegend auf den Bahnwinkel auswirkt (gestrichelte Linie 11) während ein« Verstellung des Höhenruders, d.h. Veränderung von ig die Fluggeschwindigkeit ty beeinflußt (gestriohelte Linie 12)· Selbstverständlich wirkt sich eine Xnderung τοη 6 auoh auf ν , eine Xnderung von ?l auch aufbaue. Man nuß auoh zwischen dynaaisohen und statlsoheai Verhalten unterscheiden· Di· Verhlltnlsse sind in der Praxis sehr verwickelt. Die Darstellung In Pig. 1 kann diese Verhältnisse mir sehr stark vereinfacht wiedergeben. Statisch wirkt sich jedenfalls eine Xnderung von (Tauf die Fluggeschwindigkeit schwächer aus als eine Xnderung von * ·

Die Regelabweichung Λ& der Fluggeschwindigkeit'»' bildet die Eingang« größe eines Vortriebsreglers 13· Die Geschwindigkeit Ψ wird vorsug·- weise aus den Staudruck ermittelt und bei 14 gegen einen Regelsollwert w^ geschaltet. Bei Abweichung der Fluggeschwindigkeit von de« Sollwert wird der Gashebel verstellt, also Sverändert. Eine BahnabweichungA^wird von de« Piloten oder Autopiloten 13 in ein· Bewegung des ftähenruders uagesetst, also in eine Veränderung von ^ · Der Bahnsollwert W₂ wird bei 16 gegen den Bahnistwert ti, geschalt·t· Der Bahnsollwert kann s.B« bein Bandeanflttg die durch dea öleltpfad gegebene, sich laufend ändernd· Höhe ν·1η·

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, Ber Bahnwink·!, kann auch null

Der Behnlatwert kann *.B. von «in·· Leitetrahl gewinnen werden·

Bei einer Bahnabweichung, also einer Störung von JL ₉ wenn etwa dae Flugseug durch ein Abwindfeld τοπ seinem vorgeschriebenen Gleitweg abgebracht wird, tritt der Pilot oder Autopilot 15 In Tätigkeit und betätigt dae Höhenruder. Das FJLugeeug steigt- oder vermindert eelne Sinkgeschwindigkeit - um diese Abweichung eu korrigieren. Hierdurch sinkt die ?luggeochw}ndlgkeit, und das ergibt eine Regelabweichung am Vortriebsregler. Der Yortrleberegler erhOht den Sohub, was wieder ein Stelgen des'Flugzeuges, but Folge hat.

Bei einer Bahnabwr'lchung muß also der gesamte " 8"-förmig vtrmaaohte Regelkreis durchlaufen werden und da alle Regelkreisglieder mit Totseiten oder yersOgerungen behaftet sind« tritt eine Pendelung sowohl der Bahn/um den gewünschten Gleitpfad ale auch der Fluggeschwindigkeit pm Ihren Sollwert «In.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe sugrunde« eine weitgehende Entkoppelun/, dieser vermaachten Kreise eu erreichen.

Die Erfindung besteht darin, dafl auf den Vortrleberegler als BingangegrPße desselben außer de« der Geschwindigkeits-Regelabweiohung rntspreqhenden SignalAV tin der Beschleunigung 2 in Riohtung 'ier Flugseughoohachse enteprechendes Signal aufgesohaltet 1st.

Wem dann eine Bahnabwelohung, d.h. eine Änderung τοη 1" erfolgt, denn entsteht ein d*h - Signal, welches unmittelbar auf den Bin-

gang des Tortrlebareglers gegeben wird. Der Vortriebsregler wird also nicht erst dann alt eine« Hngangeelgnal beaufschlagt, wenn nach Korretr einer Bahnabwelohung durch das Höhenruder dl· Flug-

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geschwindigkeit; sich geändert hat. Der Vc rtriebsregler tritt vielmehr sofort bei einer Änderung de3 Gleitv inkels in Aktion und bewirkt zweierlei:

(a) Es wird ein Moment auf das Plugzeug ausgeübt, so daß das Plugzeug in Steigilug - oder flacheren Sinkflug - Übergeht u:id die Eahnabweichung korrigiert»

ybgWe Verminderung/

(b) Durch die-Schuberhöhung^wira aer dabei auftretende

VerlustWn kinetischer Energie aufgewogen, so daß die Fluggeschwindigkeit irr wesentlichen konstant bleibt.

Der Pilot oder Autopilot mit dem Höhenru<l?r braucht dabei praktisch gar nicht tätig zu werden.«. Efe wird also nicht erforderlich sein, di< untere Schleife der "8" zu durchlaufen. Hierdurch, werden Bahn- und PluggeschwindigkeitsBchwingungen weitgehend vermieden.

In einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der gleichen Anmelderin "Vortyiebsregler für Plugzeuge" wird vorgeschlagen, einem von der Regelabweichung 2W der Genohwindigkeit gegen Luft abhängigen Signal zur Böenkompensation ein von einem Längsbeschleunigungsmesser abgeleitetes Signal zu überlagern. Bei einer solchen Anordnung kann die vorliegende Erfindung aehr einfach dadurch verwirklicht werden, daß die Empfindlichkeituachse des_|#Längsbeschleuni· gungmessere zur Erzeugung einer der Beeeh .eunigung H. in Richtung de: Hochachse proportionalen Signalkomponento in der die Längs- und Hochaehse des Flugzeuges enthaltenden Ebene gegen die Plugzeuglängsachse geneigt ist» Der Längsbeschleunigungmeseer liefert dann eine der Längsbeschleunigung (in Richtung der Flugzeugachse) entsprechende und dem Λ VT -Signal überlagerte Signalkomponente »ur Wnkompensation. Er liefert aber gleichzeitig eine Komponente, welobi

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der Beschleunigung In Richtung der Flugzsughochachse proportional let und Hm Eingang des Vortriebereglers In der beschriebenen Weise die Entkoppelung der Regelkreise bewirkt.

Dabei 1st vorteilhaft auf den Kanal des Beach-leunlgungeelgnale ein Signal eur Kompensation der durch die Neigung dee Beschleunigungsmessers an diesem wirksamen Schwerebeschleunigungskomponente aufgeschaltet· Ferner kann auf den Kanal dee Beschleunigungesignals ein vom Lotkreisel abgegriffenes Signal zur Kompensation der duroh den Nickwinkel S de« Plugeeuge an Beschleunigungsmesser wirksamen Schwerebesohleunigungskonponsnte aufgesqhaltet werden»

Um sicherbusteilen, dafi der Tortrieberegler nicht einer gewollten, ▼om Piloten über das Höhenruder eingeeteuerten Plugbaho^Jlnderune durch Schubänderung entgegenwirkt, wird in/weiterer Ausbildung der Erfindung dem der Beschleunigung in Richtung der Hochaohae proportionalen Signal oin ITerWTnkeigeechwlndigkeit um die Querachse proportionales Signal derart entgegengesohaltet, dafi es die bei gewollten Bahnänderungen auftretenden Zentrifugalbeechleunlgungen kompensiertρ Wenn das Plugzeug von den vorgeschriebenen Gleitpfad abkommt, weil eo z.B. In ein Abwindfeld gerät, dann ändert e& dabei? seine Pluglage nicht. Das Winkelgesohwlndlgkeitssignal ie ν null und die Beschleunigung d^h beaufschlagt in der geschilderten

dt?
Welse den Vortrieberegler· Wenn dagegen eine Bahnänderung gewollt mittels des Höhenruders eingebeteuert wird, dann ist mit der Bahnänderung auch eine Änderung i| dea Hiokwinkela tf verbunden, und dieses u -Signal verhindert ein Ansprechen des Yortriebsreglers.

Bei einen Regler, bsi welche« in den Kanal des Besohleunigungssignals ein von Lotkreisel abgegriffenes Hickwinkel-Signal sur Kompensation der Schwerkraft - Komponente aufgesohaltet 1st, kann nan

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ein der Winkelgeschwindigkeit um die Querachse entspreohendee Signal sehr einfach da'iurch gewinnen, daß das vom Lotkreisel abgegriffene Nickwinkal - Signal über einen FD-Verstärker auf den Kanal des Beachleunifrungsei.gnale auf geschaltet Leto

Auoh ^veÄj? Kurvenflug treten Fliehkra.ftkoraponenten in Richtung der Flug/eugöcFee auf. Um durch dies3 kein unerwünschtes Ansprechen des Yop'.rieVsreglers hervorzurufen, kann auf '3en Kanal des Beschleuniejungssi^nals zur Kompensation von Pliehk^äften beim Kurvenflujr ein dem Kosinus des Rollwinkele / umgekehrt proportionales Signal ggy aufgeschaltet werden. Das kann eweckmäßi^erweise in der Form geschehen, daß als Rollwinkel - KompensationesJßnal von Lotkreisel ein Signal proportional 1 - (/COf als läherung fUray'J abgegriffen wird. Bei den hier auftretenden kleinen Rollwinkeln ist 1A» JMmit hinreichender Näherung durch 1 - <φ f ausdrüokbar. Ein Signal proportional zu 1 -COo^ wird aber an Üblichen Lotkreiseln eowieao abgegriffen O

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben:

Fig. 1 .seigt die vernaschten Regelkreise für Bahn und Fluggeschwindigkeit.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Tortriebsreglers.

Fig. 5 und Fig. 4 sind stark schematisierte Seiten- und Vorderansichten des Flugzeuges.

In flg. 1 erfolgt eine weltgehende Entkoppelung der "O^-förmig ver-. 90984S/0163 _0RIG)N/i7 -

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maBchten Regelkreise für Gleitwinkel f und Oeechwindigkeit V, in~. dem ein Signal proportional d hseitawf den Eingang dee Vortriebe-

dt?

regiere 13 gegeben wird. Das ist in F⁴./? 1 durch ein Differentitationeglisd 17 ao^edeutet. In der Praxis v/ird die Beschleunigung unmittelbar getreten, wie in Fig. 2 gezrigt ist.

Der Vortriebsregler nach der Erfindung v-ird einnal vom Staudruck heaufachlagt, der mittels einer Druckdone 18 gemessen wirdo Die 'jruckdose wird mittels eines S^thros ubi',egriffen, der ein der Flugzeuggeschwindigkeit gegen Luft proportionales Signal liefert. Dieses Signal wird Über einen Phasengleichrichter 20 und ein Filter

21 in ein Gleichetromsignal umgewandelt, das an einem Potentiometer

22 anliegt. Das Potentiometer 22 dient ?.ur Einstellung des Reglere.

Als^weiteres Signal zur Beaufschlagung des Vortriebereglere dient d: die mittels eines Beschleunigungsmessers 23 genessen wird. Der Beschleunigungsmesser 23 ist mit seiner Euipfindlichkeitaachse in der die Hoch- und Laugeachse des Flugzeuges enthaltenden Ebene etwas gegen die Längsachse des Flugzeugs geneigt. Er liefert daher eine Cignalkomponente proportional der Längsbeschleunigung und eine Signalkomponente proportional der Beschleunigung in Richtung der Hochacb.33. Der Beschleunigungsmesser 23 weist eine Kompensatione· spule auf, durch die zusätzliche Kräfte auf die Masse des Beschleunigungsmesser β ausgeübt werden können. Diese Kompensationespule dient vor allem sur Kompensation der Schwerebeschleunigung. Zu diesem 2weck wird auf die Kompensationsspule, die durch den Summier· punkt 24 repräsentiert ist, einmal ein Signal nach Ma3gabe dee Nickwinkele /ά aufgeschältet. Dieses Signal wird von dem Lotkreisel mittels eines Synchros abgenommen und durch einen Phasengleichrichter 24 und oin Filter 25 In ein entsprechendes Gleichetroaelg-

Beschleunigung dip

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nal umgewandelt. Mittels eines Trimer-Po tent loset er« 26 kann die Stärke dieses A -Kompensatlonssignale eingestellt werden, so daß die YOm Ni.ckwlnkel des Plugzeugee verursachte Schwerebesohleunlgung kompensiert wird. Dae Signal wird auf die Kompensationespule d» dea Beschleunigungsmessers 23 über einen PD-Veretärker 57 gegeben, d.h. neben einem Anteil proportional zutf erhält man auch einen An· teil proportional der Winkelgeschwindigkeit ti um die Querachse. Dieser Anteil kompensiert die Zentrlfugalbesohleunlgungen, die beieiner durch das Höhenruder gewollt eingeleiteten Bahnänderung in der Vertikalebene Riehen oder Drüoken) auftreten, so daß diese den Vortrieberegler nicht beeinflussen und das eingeleitete Manöver nicht stören.

Ein weiteres Signal wird auf die Kompenaationsspule gegeben, up die Komponente der Schwerebeschleunigung au kompensieren, die durch die Neigung der Bmpfindlichkeiteach.se des Beschleunigungsmessers gegen die Flugseuglängsachse auch bein Nickwinkel Φ» O wirksaji wird. Dieses Kompensatlonsslgnal wird von einem Potentiometer 27 abgegrif· fen.

Von dem Lotkreisel wird ferner ein Signal abgegriffen, das proportional 25U 1- QjoS ist, wobei f der Rollwinkel bein Kurvenflug 1st. JHr relativ kleine Winkel *f , wie sie in der Praxis nur in Frage kommen, ist das eine gute Näherung für den eigentlich benötigten Wert I/o» *-/. Ein Signal l· C(X)S kann aber an den üblichen Lotkreieeln sov/ieao abgegriffen werden. Dieses Signal wird über ein Potentiometer 28 ebenfalls auf die Korrekturspule des Beschleunigungsmessers 23 gegeben. Es wird hierdurch beim Kurvenflug die In Richtung der Hochachse fallende Komponente dar Zentrifugalbeechleunigunj kompensiert·

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Pas Auagangeeignal des Beschleunigungsmessers wird schlieölioh über einen differenzierenden Verstärker ?.9 ebenfalls auf die Kompensationsspule des Beschleunigungsmessers 23 gegeben und bewirkt eine elektrische Dämpfungο Daa Ausgangsοifenal des Beschleunigungsmessers wird dann über ein Potentiometer 30 und ein Filter 31 bei 3?. dem Signal vom Potentiometer 22 überlagert. Das Potentiometer 30 dient der Einatellung des Reglers und bestimmt die Stärke der Beschleunigungsaufschaltung. Der Sollwert der Flugzeuggeschwindig· kelt gegen Luft wird bei 33 dem Signal vom Synchro 19 entgegengeschaltet· Er wird normalerweise durch die Stellung der Landeklappen bestimmt. Beim Ausfahren der Landeklappen auf 14°, 25°» 40° und werden die Schalter 35t 36» 37 bew. 38 geschlossen· Bei der Landeklappenstellung 0° ist der Sohalter 34 geschlossen, über die Schalter 34 bis 38 werden die Relais 0, ?, E, D und 0 erregt» Deren Kontakte g» f, e, d und c legen je einen Sollwertspeicher 39 bis 43 an einen Sollwerteingang 44· Die Speicher 39 bis 43 können entsprechend eingestellte Potentiometer sein, an denen eine den Sollwert darstellende Spannung abgegriffen wird. Sie an dem Sollwertspeicher abgegriffene Spannung beaufschlagt über einen Verstärker 45 einen Motor 46. Dieser verstellt über ein Getriebe 47 und ein weiteres Getriebe 48 einen Synchro 49« über ein von der Abtriebsseite des Getriebes 47 verstelltes Potentiometer 50 erfolgt eine LagerUckfUhrung, so daß das Synchro 49 um einen der im Speicher 39 usw. gespeicherten Spannung proportionalen Weg verstellt wird. Das Synchro 49 kann* wie bei 51 angedeutet ist» auch manuell verstellt werden· Das Ausgangssignal des Synchros wird als Sollwert der Fluggeschwindigkeit gegenphaaig mit dem Ausgangssignal des Synchros 19 gemischt. Am Phasengleichrichter 20 tritt dann ein dtr Regelabweichung^v nach Amplitude und Phase entsprechendes Weohselstromslgnal auf. Dieses Δ vr - Signal wird nach Gleichrichtung und Gläfctung zu dem Beschleunigungssignal von Beschleunigungsmesser

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23 addiert. Letzteres enthält eine Komponente entsprechend der Längsbeschleunigung des Flugzeuge. Bieae dient zur Böenkompeneation und - wie noch besc rieben wird -■ zur Erzeugung eines D-Anteils bei der Vortriebsregelu ig» Daa Beschleunigutttfssignal vom Beschleunigung? messer enthält ferr tr eine Komponente die der Beschleunigung der Hechachse entspricht und der Entkopplung, der Regelkreise von Pig· I dient.

üaa bei 32 erhalhene Suramensignal wird über einen PDT₁- Verstärker 52 verstärkt, d.h., einen Verstärker, welcher das Signal proportional, differenziert und mit einer Verzögerung T, Überträgt, wie durch die eingezeichnete Übergangsfunktlon angedeutet ist„

Bas so erhaltene Signal steuert über einen Hauptverstärker 53 einen Stellmotor 54 mit einer Qeechwindigkeitegegenkopplung 55. Die Oeschwindigkeitsgegenkopplung bewirkt, da8 die Drehzahl des Motors 54 stets streng proportional dem Eingangssignal ist. Der Motor 54 verstellt über ein (Jetriebe 56 die Gasdrossel.

. J)er Motor 54 wirkt ale Integrierglied, d h. der Stellweg der Qasdros sei 1st proportional dOTTOu^Wn PeVstär) er 53 gegebenen Eingangssignal« Dieses Eingangssignal enthält einen proportional und einen different!nrt übertragenen Anteil aus des Sumaenaignal, welches bei 32 erzeugt wird. Der D-Anteil des Längsbeschleunigungssignal a d b gibt nach Integration durch der· Motor 54 einen D-Anteil der GeeaHwindigkeit. Das proportional übertragene Längsbeschleunigungssignal und das differenziert übertragene AtT- Signal ergeben nach Integration durch den Motor 54 einen P-Anteil für die Geschwindigkeitsregelung, und das vom Verstärker 52 proportional übertrageneAu- -Sig_nal wird integriert und liefert einen I-Anteil.

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Man erhält also eine FID r- Regelung«

In den Speiohern 39 bio 43 werden die guwUnachten Sollgesohwindigkeiten bei den verschiedenen Landeklappeletellungen naoh Maßgabe doa vorgesehenen Gleitkursee und der verlangten Landegeschwindigkeit eingestellt. Diese Sollwerte wer der» beim Ausfahren der Landeklappen nacheinander bei 33 vorgegeben vv.id durch Schub veränderung eingeregelt. Bei einer Abweichung von einem vorgegebenen Oleitpfad, | die sich als Beschleunigung in Richtung der Hochachse auswirkt, erfolgt Über die entsprechende Signalkomponente des Beschleunigungsmessers ebenfalls eine Gasdroseelverstellung, wie in Verbindung Bit Fig. 1 erläutert worden ist·

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Claims (1)

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Patentansprüche

Vortrieberegler für flugzeuge, bei welchem die Brennstoffzufuhr zu den Triebwerken in Abhängigkeit vor der Fluggeschwindigkeit regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Vortrieberegler als Eingangsgröße desselben außer deic der Geschwindigkeits- Regelabweichung entsprechenden Signale V ein der Beschleunigung in Richtung der Flugzeughochaohse entsprechendes Signal aufgeschaltet ist.

2. Vortriebsreglor nach Anspruch 1, bei velchem einem von einer GeschwlndigkeitsabweichungAvgegen Luft (Staudruok) abgeleiteten Steuersignal zur Böenkoapeneatlon ein von einem Längsbeschleunigungsmeseer abgeleitetes Signal Überlagert 1st, dadurch gekennzeichnet, daß die Bnpflndllchkeitsaohse des Längsbesohleunigungsmeseers (23) zur Erzeugung einer der Beschleunigung Jr _ in Richtung der Hoohachse proportionalen Signalkomponente in der die Längs- unö Hochachse des Flugzeuge enthaltenden Ebene gegen die Flugzeuglängsachse geneigt 1st (Fig· 3).

3ο Vortriebsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kanal des Beschleunigungssignals ein Signal (27) zur Kompensation der durch die Neigung des Beschleunigungsmessers (23) an diesem wirksamen Schwerebeechleunigungskomponente aufgeschaltet

Vortriebsregler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kanal des Beschleunigungseignals ein vom Lotkreisel abgegriffenes Signa}, zur Kompensation der durch den Ilckwinkel 04 des Flugzeuge am Beschleunigungsmesser (25) wirksamen Schwerebeschleunigungkomponente aufgeschaltet ist.

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5. Vortrieberegler naoh eines der Anaprtiehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den der Beschleunigung in Richtung der Hoohaohae proportionalen Signal ein der Winkelgeschwindigkeit um die Querachee proportionalee Signal derart entgegengeaohaltet let, daß es die bei gewollten BahnHnderungen auftretenden Zentrifugalbeechleu· nigungen kompeneiert.

6. Vortrieberegler naoh Anspruch 4 und 5«dadurch gekenneeIchnet,

daß das von Lotkreiael abgegriffene Nlckwinkel-Signal über einen J PD-Verstärker (57) auf den Kanal dee Beachleunigungeeignale aufgeschaltet ist.

7. Vortriebaregler nach einem der Ansprüche 1 bia 6 dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kanal dea Beeοhleunlgungasignale but Korn» peneatlon von Fliehkräften beim Kurvenflug ein dem Koalnua dea Rollwinkele J umgekehrt proportionalee Signal (gyaufgeechaltet ist.

Θ. Vortrieberegler nach Anepruoh 7, dadurch gekennselohnet, daB ala Hollwinkel - Kompeneationeeignal vom Lotkreieel ein Signal proportional ^"(OO f ale Häherung für4JdDtMabgegriffen wird·

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