DE1481620A1

DE1481620A1 - Steuerungssystem fuer senkrecht startende und landende Flugzeuge

Info

Publication number: DE1481620A1
Application number: DE19661481620
Authority: DE
Inventors: Rene Phillippot; Lariviere Jean Soulez
Original assignee: Nord Aviation Societe Nationale de Constructions Aeronautiques
Current assignee: Nord Aviation Societe Nationale de Constructions Aeronautiques
Priority date: 1965-06-10
Filing date: 1966-06-10
Publication date: 1969-03-27
Also published as: GB1149367A; DE1481620B2; FR1458961A; US3393882A

Description

Steuerungssystem für senkrecht startende und landende Flugzeuge

, betrifft ein Steuerungssystem für ein senkrecht

Die Erfindung

startendes und landendes Flugzeug oder VTOI-Flugzeug, das zwei

schwenkbare Triebwerke, ein Höhenruder sowie Steuerorgane

besitzt, die denen von Hubschraubern entsprechen.

Über derartige Fluggeräte ist durch. theoretische Untersuchungen

mehr bekannt als durch Verwirklichungen. Diese Untersuohungen

haben gezeigt, daß zur Erhaltung ihres Auftri.ƒbes und ihres

Gleichgewichtes im Flug zwei variable Größen eingestellt werden

müssen, und zwar die symmetrische oder antimetrische (d. h. dem

Betrage nach gleiche aber reit entgegengesetztem Vorzeiohen

behaftete) Veränderung der Triebwerksneigungen, verbunden oder

nicht verbunden mit den symmetrischen oder antimetrischen

YeriInderungen der Triebwerkasehübe, wobei eine ergänzende

Einwirkung auf das Höhenruder in den plugphaeen mit Waagreoht-

komponente hinzuko=t.

Das erfindungsgemäße Steuerungssystem hat die Aufgabe, die Bewegungen der Flugzeugsteuerorgane in Befehle zur geeigneten Veränderung der Triebwerkssohübe und -neigungen in jeder Flugphase umzuwandeln.

Außerdem muß das Steuerungssystem Hilfsmittel zum Ausgleich der Kräfte infolge der Reaktionsmomente besitzeng die bei der Verstellung der Triebwerke auftreten. Ebenso liegt es nahe, einen relativ einfachen Mechanismus anzustreben, um die verschiedenen Einstellungen zu erleichtern, welche die Verstärkungen bestimmen, die in den verschiedenen Flugphasen aus den verschiedenen Übersetzungsverhältnissen der Verbindungsorgane resultieren.
Zum besseren Verständnis der Bedeutung des Problems, das die Erfindung lösen will, sei an die Bedingungen erinnert, die zur Erhaltung von Auftrieb und Gleichgewicht der betrachteten Maschine im Flug unabdinglich sind.
In den Flugphasen des Senkrechtstartens, des Schwebefluges oder der Senkrechtlandung wird der Auftrieb durch den Schub der senkrecht stehenden Triebwerke, in der Horizontalflugphase durch die Flugzeugtragflügel erzeugt, während die Triebwerke waagrecht stehen, und in den Schr#,igflugphasen wird der Auftrieb durch eine entsprechende Triebwerksneigung in Verbindung mit einem passenden Schub erzielt.

Die nachfolgende Tafel zeigt deutlicher, welche Anpassungen das erfindungsgemäße Steuerungssystem zwischen den Steuerparametern und den Ausgleichsbedingungen vornehmen muß, die zur Gleichzewichtshaltung in den Fällen Gieren L, Nicken T und@I1öllen R in allen Flugphasen erforderlich sind. '

. Flugphasen

senkrecht

Steigen Sinken Schweben i Schräg ` Waagrecht Schräg

Sinken Steigen

Einwirkungen

a

auf die ;GN R G N .R G N RAG N RG N -R G'NR'

Triebwerke

symmetrische g X % X g g

Neigung ,

anti-

metrische

% X % X X ' % X X

Neigung .

anti-

_ R X , : % X g g ; g ! %

metrischer

Schub

Diese Tafel läßt die komplexen Aufgaben der Übertragung von Steuerbefehlen von den Steuerorganen zu den Triebwerken deutlich werden. So muß z. B. eine Rollausgleiehsbewegung am Steuerknüppel im Senkrechtflug den Triebwerksschub antimetrisch verändern, während sie im Waagrechtflug die Triebwerksneigung antimetrisch verändern muß. Die Erfindung hat daher ein Steuerungssystem zum Ziel, das eine den. oben zusammengestellten Gesetz entsprechende Übertragung zwischen den Steuerorganen einerseits und den Stellgliedern andererseits ermöglicht, die mit den Vorrichtungen zur Einstellung der Triebwerks-.neigung bzw. zur Einstellung des Triebwerkssehubes verbunden sind. Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Steuerungssystem, bei dem die Bedienungskräfte, die durch Reaktionsmomente bei einer Betriebsänderung erzeugt werden, automatisch und kontinuierlich ausgeglichen werden. Das erfindungsgemäße Steuerungssystem besitzt im wesentlichen einerseits eine Einheit von Mischblöcken für Befehle, die den charakteristischen Flugzeugsteuerungsbewegungen entsprechen, und diese Mischblöcke sind miteinander und mit den Steuerorganen durch Verbindungsorgane verbunden. Andererseits besitzt das Steuerungssystem Stellglieder für die Triebwerke, die mit den Ausgängen der Mischblock-Einheit gekuppelt sind. Hierbei. sind Servoeinrichtungen zwischen den Misehblöcken und den Stellgliedern angeordnet, die bei Änderungen von Triebwerksneigung oder -sehub eine Beherrschung der aerodynamischen Reaktionsmomente ermöglichen und so die Flugzeugsteuerung unterstützen. Weitere Kennzeichen der Erfindung sind: Die Mischblockeinheit umfaßt folgende Teiles einen Mischblock für symmetrische Befehle zur Umwandlung der Nick- und Trimmbefehle in Triebwerkshauptneigungsbefehle; einen Misohblock für antimetrische Befehle zur Umwandlung der Roll- und Gierbefehle in Befehle zur Differentialverstellung von Triebwerksohub und -neigung, wobei die Umwandlungsfunktionen von der Stellung der Trimmsteuerung abhängig sind; einen Mischblock für Schubbefehle und einen Mischblock für Neigungsbefehle, die in allen Fällen die Addition oder Subtraktion des Differentialschubes oder der Differentialneigung zu oder von dem Hauptschub bzw. der Hauptneigung vornehmen und die Ergebnisse auf die entsprechenden Stellglieder für die zugehörigen Triebwerke weitergeben. Die Steuerorgane umfassen einen Steuerknüppel für die Nick-und Rollsteuerung, ein Pedal für die Steuerung der Gierbewegungen, eine Schubhauptsteuerung, die gleichzeitig und in gleichem Sinn auf den Triebwerkschuu einwirkt, sowie eine

Trünmsteu_erungdie auf dis Hauptneigung der Triebwerk

einwirkt. -@äleiohzeit*ig ist: eine Steuerung des Höhenrudern

in das übertragungesyatem eingefügt, die die Nioketeuerung

in den 7lugphasen mit Horizontalkomponente vervollständigt.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der IW-

findung besitzen die Befehlsmiechblöcke und Verbindungs-

Organe des Steuerungssysteme lediglich mechanische Nasah-

nenelemente eur Übertragung oder Umwandlung von Bewegungen,

wie z. B. Stangen, Hebel# Armee Zahnrüder, Winkelhebel und

alle anderen klassischen mechanischen Mittel.

Die beiden Servoeinrichtungen für Schub und Neigung sind

zwischen den Befehlenioohblöoken und den Stellgliedern des

Steuerungssystem; angeordnet und besitzen jeweils zwei be-

weltliche Winkelhebel, die in entgegengesetztem sinne betätigt,

werden und mit jeweils einem in die Ausgabestangen der Misch-

blöcke für'8ohub-- bzwNeigungsbefehle eingeschalteten Dynamo-

meterpaar verbunden sind. Die beiden Dynamometerpaare erzeugen

elektrische Spannungen, die zwei Magnetkupplungen derart er-

regen, 'd@ß sich die Ylinkelhebel unter der l.nwirkung eines

äußeren Hilfsantriebs solange;veratellen, bis die Dynamometer-

paare gleiche elektrische Spannungen erzeugen, d. h. gleiche-

mechanische Kräfte übertragen:

Die Vorteile und weitere Einzelheiten der Urfindung werden in

der folgenden Beschreibung deutlich, die sich auf 'die bei-

liegende Zeichnung bezieht. In dieser stellen dar:

Big: 'I dae Schema eines Senkrechtstarters, der zwei Vera

kleidete schwenkbare Luftschrauben und ein Höhenruder

und eine gUnzlioh mechanische Ausführungafoznn eines

yorbindungsgestängeg zwischen den Steuerorganen und

den Stellgliedern des Flug. und Triebwerks besitzt,

sowie eine vektorielle Darstellung der zur Steuerung der Maschine erforderlichen Auftriebs- und Gleichgewichtsbedingungen; Fig. 2 in perspektivischer Darstellung und in größerem Maß-Stab die wesentlichen Bestandteile der Übertragungsmittel in Fig. 1; Fig. 3 in einem Übersichtssehema die Funktionsverknüpfungen zwischen den verschiedenen Organen der Maschine in Fig. 1 ; Fig. 4 schematisch in perspektivischer Darstellung mögliche bis 7 Ausführungsformen der Mischblöcke für antimetrische Befehle I, für symmetrische Befehle II, für Schubbefehle III und für Neigungsbefehle IV; Fig. 8 in perspektivischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform zweier Servoeinrichtungen V, V' für die Schub- bzw. Neigungsverstellung; Fig. 9 in perspektivischer Einzelansicht und im halben Längsschnitt eine Doppel-Magnetkupplung, wie sie bei den beiden Servoeinrichtungen in Fig. 8 eingesetzt werden kann. Das in Fig. 1 dargestellte Flugzeug besitzt eine Längssymmetrieebene, welche durch die senkrechte Achse z z' und die waagrechte Achse y y' festgelegt ist. Durch den Punkt 0 verläuft eine zu dieser Ebene senkrechte Achse x x'. Sie durchstößt an den Punkten 01 und 02, die gleichen Abstand zu 0 haben, zwei weitere zur ersten parallele Ebenen, die durch die Achsen z1 z'1 - y1 y'1 bzw. s2 z'2 - y2 y'2 gelegt sind. Auf der Achse x x t stellen die Punkte 01 und 02 Schnittpunkte dieser Achse mit den Triebwerksdhubachsen dar.

Die Triebwerke sind mit der Maschine durch in Richtung x x§

orientierte Schwenklager verbunden. Diese Lager dienen zu

einem derartigen Schwenken der Trebwerke, daß bei vekto-

rieller Betrachtungsweise die Vektoren V, und `V2, welche

die Triebwerksohübe darstellen, Sektoren bestreichen, die

von den Bxtremstellungen 01t#,, Olug, und 02t12, 02u12 be-

grenzt sind. Diese Extremstellung können die Sektoren

01 z@y# b@w. Q z'2 # überschreiten. Der Schwerpunkt der Maschine

befindet sich

senkrecht unterhalb von 0.:

Setzt man voraus, daß die Stellglieder a1, a2 auf die Trieb-

werke bi, b2 Befehle übertragen, welche die Schübe V1 bzw. V2

sowie die Anstellwinkel t1 -bzwt2 verändern, dann ist es

unter Benutzung der in Fig. 1 angegebenen Vorzeichenkonvention

mögliehy alle für den Plug der Maschine erforderlichen Auf-

triebe- und Gleiohgewiohtsbedingungen aufzustellen.

Wenn e a bei 01 und 02 eine Linie für das Gleichgewicht von

Triebwerksohub und.halber Flugzeuglast darstellt, so kann man

als ,Funktion aller Flugphasen die Vektoren V1 und V2

symmetrisch oder antimetrisch um einen Betrag + V oder

- Q Y auf Werte unter oder über'? a verändern, und dies in

Verbindung mit einer beliebigen Veränderung +11r oder - Ä/", ,

wobei man innerhalb der möglichen Extremstellungen der

Vektoren V1 V2 bleibt.

Mit Hilfe der weiteren, in Fig. 1 angegebenen Vorzeichenkonventionen kann man sich folgende Bewegungen der Stangen des Verbindungsgestänges vorstellen: Wenn man längs der Bewegungstrajektorie einer Verbindungsstange einen fiktiven Punkt mit dem entsprechenden Steuerorgan verbindet, so erhält man an den Stangenachsen, die an den Stellgliedern a1, a2 enden, algebraische Verschiebungen mit folgenden Vorzeichen (Fig. 2): Auf den Achsen @@: +,&X in Richtung @ 1 ,2 t' und -,a Ä in Richtung X u 1 , .

Das entspricht einem Schub V = konst. bei einer algebraischen

Veränderung + @@"' bzw. des Triebwerkneigungswinkels..

In gleicher Weise entspricht auf den Achsen (a' ":

f W n

+ A#O einem + 0 V in Richtung 4)

- (,o einem - V in Richtung 14 Diese Verschiebungen erzielt man je nach betrachteter Flug-

phase durch entsprechende Verschiebungen der weiter unten aus-

führlich erklärten Steuerorgane A, B, C, D, wobei für diese

Verschiebungen die folgenden Vorzeichenkonventionen gelten:

i n Ri aht ung ' " + s ow i e - AA i n Richtung

ebenso

i n Richtung @x' x " + la # @ x sowie - Q d@x i n Richtung

Die Vorzeichenkonventionen der weiteren Größen Ooy, J" und E ,

deren Bedeutung weiter unten gezeigt wird, sind analog abge-

leitet. .

Ausgehend von diesen Vorzeichen kann man ein derartiges Gesetz

für die Übertragung zwischen den Steuerorganen und den Stell-

gliedern (al, a2) aufstellen, daß für alle Flugphasen die

folgenden Auftriebsbedingungen durch die entsprechenden

Stellungen der Steuerorgane sichergestellt werden:

V > Y a, 0 (senkrechter Steigflug)

V .C Y a, - 0 (senkrechter Sinkflug

V = a, 0 Z/'< 900 (Schwebeflug )

V #e 5P, 0 < @` 90o (schräger Sinkflug)

V "'. lp a, 90o (Waagrochtflug)

V ) #O a, 0 G < 900 (schr#Iiger Steigflug).

Diese Stellungen der Steuerorgane bestimmen die betrachtete

Plugphasd@'IU1d sind durch folgende Beziehungen gegeben: -

0

[:a'.= 0

0

'' ,,# dar 0 e £ e 90°

y,"j@a@ f 90°

>!sag 0 E f < g° ,

Hierbei ist. .der Wert von' bei Sohubhauptsteuerung 0,

der dem Vert B entspricht. .

Ebenso kann das obige Übertregungsgebeta derart vervollstän-

digt worden, daß man für jede Plugphas e und für Gier-, Nick-

'oder Bollkarrekturen durch Betätigen der Steuerorgane ge-

eignete t#le:tohgewiohtekoxrekturen erhält.

Hierzu :ettjlt die untenstehende Tafel das gesuchte Über-

txgugeg@eetauf. Sie .-gibt unter II alle auf, die Steuer-

orpM Mtsubrngenäen Betätigungen für die unter I stehenden

Auftriebe- und ßleichgeüiohtebedingungen an.

In dieser Tafel sind die Grüßen Ji'`1 und /'2 oder V1 und V2

sowie ihre Differentialveränderungen dr, und ,4/^2 oderA y1

und A V2 betragsmäßig gleich.

Diese Tafel zeigt in Verbindung mit der vorausgehenden Tafel

außerdem, daß alle erforderlichen Korrekturbedingungen für das

Flugzeuggleichgewicht den Steuerparametern richtig angepaßt

sind.

In Fig. 1 und 2 wurden übliche Steuerorgane schematisch dar-

gestellt. Sie umfassen namentlich einen Steuerknüppel A, der

mit einem Übertragungshebel 15 verbunden ist. Dieser Steuer-

knüppel steuert_durch Längsverschiebungen in Richtung

X Niekbewegungen einerseits durch symmetrische Ver-

änderungen der Triebwerksneigung und andererseits durch Ein-

wirkung auf das Höhenruder 16 über die Stange B. Der gleiche

Steuerknüppel A steuert durch seine Querverschiebungen in

Richtung i' y A ff Y über die, oben beschriebene Übertragungs-

einrichtung eine Rollbewegung. Ein Pedal H steuert durch Be-

wegungen in Richtung A' A #f die Gierbewegungen, während eine

Sohubhauptet.euerung d, die durch einen Hebel dargestellt und

deren Winkelstellung mit @ bezeichnet ist, gleichzeitig und

symmetrisch auf den Schub der Triebwerke b1, b2 einwirkt.

Schließlich wirkt eine in ihrer Winkelstellung durch f gei--

kennzeichnete und in fig. 1 und 2 durch eine bewegliche Scheibe

dargestellte Trimmsteuerung D auf die Neigungen der Triebwerke.

Allgemein können die Steuerungen 0 und D als bestimmend für

die Auftriebebedingungen des flug$euges betrachtet werden,

d. h. für die Flugphase, .während die Steuerungen A und H durch

ihre Bewegungen in allen Plugphaaen die, erforderlioh6n Gleich-

gewichtskorrekturen ermöglichen.

Zig. 3 zeigt in einem funktionesohaubila des ertioAumeg«uen

Steuerungssystems, welche Verbindungen zur. #erwirktlohung dir

in der vorangegangenen Tafel dargestellten ]Punktionen erforder-

lioh sind.-.

In der vorteilhaften in Fig. 1, 2 und 4 bis 8 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind nur rein mechanische Organe zur Verbindung, Umformung und Übertragung von Bewegungen vorgesehen. Eine solche, die Erfindung nicht begrenzende Ausführungsform weist gegenüber Übertragungssystemen, die elektrische, elektromechanische, hydraulische oder pneumatische Organe benutzen, eine große Betriebssicherheit auf. Wie aus dem folgenden ersichtlich, gestattet das erfindungsgemäße mechanische Steuergestänge einerseits die geeignete Übertragung der Steuerbefehle, indem es vollkommene Übereinstimmung zwischen den Bedingungen I und II der vorangegangenen Tafel herstellt, und andererseits durch Einsatz von Servoeinrichtungen einen Ausgleich der Bedienungskräfte, die infolge der Reaktionsmoment e auf Grund der Bedienung der-Triebwerke bei Veränderungen von Neigung oder Schub an den Steuerungen auftreten.

Der in Fig. 4 dargestellte Mischblock P I hat einen beweglichen

Sockel Ia und ein Kreuzstück Ib mit den orthogonalen Achsen

y3 y3' und x3 x3i. Das Kreuzstück Ib schwenkt um die Achse

x 3 x 3', in einem festen Konsol I0. Der Sockel Ja ist mechanisch

über die Stangen 1, 3 mit dem Steuerknüppel A zur Steuerung

der Veränderungen 0 4 y und mit dem Pedal B zur Steuerungen der

Veränderungen AA verbunden. Auf dem Sockel Ia sind drei be-

wegliche Teile Id, Iej, If angeordnet, die um die zur Ebene

x 0 y senkrechten Achsen z3 83', z4 z4', z5 z5' schwenkbar sind.

Die Teile Bind derart angeordnet, daß sie sich über Zahnsektoren

wechselseitig antreiben. Das Teil Id ist einerseits über die

Stange 4 mit dem Block P II verbunden und andererseits über die

Stange 9 mit dem Block y 11I. Die Stangen 9 und 10 enden auf

den Achsen z3 a39 und z5 a5' und das Teil If ist über die

Stange 10 mit dem Nisohblook 2 IV verbunden.

Der Mischblock P II (Fig. 5) wird im wesentlichen durch eine Welle Ma gebildet, die um eine feststehende Achse y4 y4' schwenkt. An fest auf der Welle sitzenden Armen IIb und IIc greifen Stangen 4 und 6 an, die ihrerseits fest mit dem Block P I bzw. mit der Trimmsteuerung D zur Steuerung der Änderungen @ verbunden sind. Ein System IId, das zwei fest auf Ma sitzende Arme besitzt, trägt andererseits auf einen Hebel IIe, der um die zu y4 y4' parallele Achse y5 y5' schwenken kann. An diesem Hebel greifen zwei Stangen 7 und 2 an, die mit dem Block P IV bzw. mit dem Steuerknüppel A hinsichtlich seiner Funktion @ Ax fest verbunden sind. Der Mischblock P III (Fig. 6) hat einen Sockel Ma, der auf einem Bolzen IIIb um die ortsfeste Achse z6 z6' schwenkbar ist. Ein Winkelhebel IIIc schwenkt um z6 z6' und steuert einerseits über die Stange 9' den T-förmigen, um z7 z7' schwenkenden Hebel IIId und andererseits über die Stangen 11 und 12 die Stellglieder a1 und a2 mit Hilfe der Servoeinrichtungen V, V'. Der Hebel IIIo ist über die Stange 9 mit dem Mischblock I verbunden, und zwar beispielsweise durch einen komplementären Hebel IV der in Fig. 6 schematisch dargestellt ist. Das Teil IIIa ist mit der Stange 5 verbunden, und über die Lagerung um z8 z8' mit dem Schubhebel C, der die Veränderungen @ l' st euert. Der Mischblock IV (Fig. 7) ist ähnlich Block III aufgebaut und hat einen Sockel IVo, der auf einem Bolzen IVb um die ortsfeste Achse z9 z9' schwenkbar ist. Ein Winkelhebel IVc schwenkt um z9 z9' und steuert über die Stange 10 den T-förmigen, um z11 z11' schwenkenden Hebel IVd, der über die Stangen 13 und 14 mittels der Servoeinrichtungen V, V' mit den Übertragungsorganen a1 und a2 verbunden ist. Der Hebel IVc ist über die Stange 10 mit dem Block P I verbunden und zwar z. B. über einen komplementären Hebel 16. Das Tei., IVa ist über die Stange 7 über die Lagerung um z10 z10' mit dem Block II vez#-bund en. Die in Fig. 8 dargestellten Servoeinrichtungen setzen sich aus zwei ähnlich aufgebauten Einheiten V und V' zusammen. Von der Einheit V gehen die Stangen 11 und 12 aus, von der anderen Einheit V' die Stangen 13 und 14. Die Einheit V besteht einerseits aus einem Winkelhebel Va, der über eine Hülse oder Muffe Vb mit einem Zahnrad Vc fest verbunden und um eine ortsfeste Achse z12 z12' schwenkbar ist, sowie andererseits aus einem weiteren Winkelhebel Vd, der mittels eines Bolzens Ve mit einem Zahnrad Vf fest verbunden und ebenfalls um z12 z12' schwenkbar ist.- In gleicher Weise besteht die Einheit V' einerseits aus einem Winkelhebel V'a, der über eine Hülse oder Muffe V'b mit einem Zahnrad V'o fest verbunden und um eine ortsfeste Achse z12 Z12' schwenkbar ist, sowie andererseits aus einem weiteren Winkelhebel V'd, der mittels eines Bolzens Ve mit einem Zahnrad V'f fest verbunden und ebenfalls um die Achse z12 z12' schwenkbar ist. Die Zahnräder Vf, Vf' sind mit identischen Bauelementen Vg1,Vg2 und Vg'1, V9'2 verbunden (Fig. 9). Diese Bauelemente bestehen aus zwei Pulvermagnetkupplungen, z. B. 1 g und 2g, die durch zwei getrennte elektrische Kreise 39 und 4g erregt werden. Die Erregung der Kupplungen verbindet den treibenden Teil 59 mehr oder weniger fest mit dem getriebenen Teil 6g. Die treibenden Teile Vg1 , Vg2 einerseits und Vg'1, Vg'2 andererseits stehen miteinander in Eingriff, und die getriebenen Teile 6g1, 6g'1 einerseits und 6g2' 6g'2 andererseita stehen mit den Zahnrädern Vf, V'f bzw. Vc, V'c in Eingriff. Aus den beiden Tafeln im Text und den Fig. 1 bis 8, wo die Maschine in Bodenstellung dargestellt ist, sowie aus der Ausführung der verschiedenen beschriebenen Vorrichtungen. folgt, daß der Auftrieb der Maschine in allen Flugphasen aufrechterhalten wird, da folgendes giltt 1. In senkrechter Steigflugphase, wo C in die Stellung @@@ a und D in die Stellung = 0 kommt, ist aus der Zeichnung zu erkennen, daß die Stange 5 das Teil IIIa um z6 z6' gedreht hat (Fig. 6). Weiterhin ist zu erkennen, daß die Stangen 11 und 12 vorgeschoben worden sind und über den Servoblock V derart auf a1 und a2 eingewirkt haben, daß die untereinander gleichen Bewegungen @awl und +4w2 betragen (Fig. 8). Diese Bewegungen erbringen +@V1 und +`@V2 für V @a. Die Stellung von D, die @ auf 0 führt, ist derart, daß bei @ = 0 der Arm IIb und die Hebel Id und If @i,' = 0 setzen. 2. In senkrechter Sinkflugphas e hat C seine Stellung geändert und befindet sich in einer Lage *#z@a. Dies bewirkt eine Umkehrung der obigen Bewegungen, in der Weise, daß @,dwl und @Aw2 - @V1 und -4V2 erzeugen, um V @5P a zu setzen, wobei D immer auf @ = 0 stellen bleibt.

3. In Schwebeflugphase stellt C in der Stellung @1E _ JA a und setzt deshalb V = @a, wobei D auf @= 0 stehen bleibt. 4. In der Phase schrägen Steigfluges stellt C auf einer Stellung @ und erzeugt V @ F a. Die Verstellung von D auf einen Wert @ C J < 90o erzeugt ihrerseits über einen Druckzylinder oder jeden anderen Mechanismus mit Hilfe der Verstellung der Stange 6 eine Schwenkung des Hebels IIb von 0 in Richtung auf 90o (Fig. 5). Die entsprechende Drehung der Welle Ma erzeugt über Hebel II c einen Zug an der Stange 4, die eine Verschiebung der Hebel Id und If (Fig. 4) erzeugt. Außerdem erzeugt diese Drehung einen Zug an der Stange 7, da unter Einwirkung der Schwenkung der Arme IId der Hebel IIe das Bestreben hat, sich um 75 y5 t in entgegengesetztem Sinne zur Schwenkung von IU zudrehen, weil die Stange 2 fest stehen bleibt. Andererseits schwenkt der Zug der Stange 7 den Sockel IVa um die Achse z9 z9', und hierdurch werden die Stangen 13 und 14 vorgedruckt und lösen über den Servoblock V' (Fig. 8) gleiche Bewegungen auf den Achsen , nämlich + @Ä Z1 und +@ä 1 2 aus, die einen Wert @ r < 90o erzeugen.
5. In der Phase schrägen Sinkfluges befindet sich C in einer Stellung @14a und erzeugt V@Ya, und die Verstellung von D führt in gleicher Weise wie oben auf einen Wert 90°.
6. In Waagrechtflugphase befindet sich C in einer Stellung @i @>'Ya und erzeugt V > Ya. Die Verstellung von D fuhrt auf einen Wert von 90o und löst durch Zug an den Stangen 13 und 14 gleiohe Bewegungen +@ x 1 und + @,@,2 aus, die zu @" 90o' führen. In gleicher Weise erfolgt die Gleichgewichtshaltung der Maschine. Dies geht aus der Betrachtung der Korrekturen für alle schon betrachteten Flugphasen hervor: Beim Senkrechtflug in Steig-, Sink- oder Schwebephase gilt: Das Gieren wird ausgeglichen, wenn die Stange 3, welche durch das Pedal B um + @41 vorgeschoben wird, den Sockel Ia um x3 x3' schwenkt. Damit schwenkt auch der Segmenthebel If und verschiebt die Stange 10. Diese Stange schwenkt den Winkelhebel IVc um z9 z9' und den mit ihm gekuppelten T-förmigen Hebel IVd, der seinerseits an der Stange 13 zieht und auf die Stange 14 drückt. Diese Stangen bewegen sich bei a1 und a2 um +@ @ 1 bzw. -A 2. 2. Die Korrektur - erzeugt naturgemäß die entgegengesetzte Wirkung und +A Z 2, andererseits ist die Einwirkung auf w in diesem falle 0, und dieses bleibt konstant. Das Nicken wird ausgeglichen, wenn der Steuerknüppel um @i x vorgeschoben wird und über die Stange 2 am Hebel IIe (Fig. 5) zieht, der seinerseits um y5 y5' schwenkt und an der Stange 7 derart zieht, daß diese den Sockel IVa um z9 z9' dreht (Fig. 7). Diese Drehung verschiebt die Stangen 13 und 14 gleichsinnig, die ihrerseits bei a1 und a2 gleichgerichtete Bewegungen +@42 1 und +4'Z2 erzeugen. Die Korrektur- @hx erzeugt naturgemäß die entgegengesetzte Wirkung und da w nicht beeinflußt wird, bleibt es konstant. Das Rollen wird ausgeglichen, wenn die Stange 1 unter der Wirkung des vom Steuerknüppel betätigten Hebels 15 um @A y verschoben wird und der Sockel Ia um y3 y3' schwenkt.

Dies überträgt sich auf den Segmenthebel Id, der an der Stange 9 zieht und längs z3 z3' auf den Winkelhebel IIIc derart einwirkt, daß die Stange 11 gedrückt und die Stange 12 gezogen wird, um bei a1' und a2 Bewegungen +@ w1, - @ w2 zu erzeugen. Die Korrektur -@h y erzeugt naturgemäß die umgekehrte Wirkung - ,@1 w1 , + @& w2. /@ wird nicht beeinflußt und bleibt konstant. Bei Waagrechtflugphase gilt: Das Gieren wird ausgeglichen, wenn die durch das Pedal B um + @ ß vorgeschobene Stange 3 Sockel Ia um die Achse x3 x3' schwenkt (Fig. 4). Dies verschiebt folglich den Hebel Id (der vorher in die Stellung 90o gekommen war), der seinerseits die Stange 9 verschiebt. Diese schwenkt den Winkelhebel IIIe um z6 z6' und den mit ihm gekuppelten T-Hebel IIId, wodurch die Stange 12 gezogen und die Stange 11 gedrückt wird. Die Bewegung dieser Stangen erzeugt bei a1 und a2 Verschiebungen + @ w1 bzw. - @w2. Die Korrektur - A ß erzeugt naturgemäß die entgegengesetzte Wirkung - Aw1, + A w2. Da andererseits @. nicht «beeinflußt wird, bleibt es konstant. Das Nicken wird ausgeglichen, wenn die Steuerstange durch den Steuerknüppel um +@h x vorgeschoben wird und an der Stange 2 zieht. Der Hebel IIe schwenkt um y5 y5' und zieht an der Stange 7 derart, daß er den Sockel IVa um z9 z9' dreht (Fig. 7). Dieser verschiebt seinerseits die Stangen 13 und 14, die bei a1 und a2 Verschiebungen + @@ 1, + @2 2 erzeugen. Die Korrektur -@N x erzeugt naturgemäß die entgegengesetzte Wirkung -@2 1, - @I. 2. w wird nicht beeinflußt und bleibt konstante Andererseits zieht der Steuerknüppel in Parallelwirkung an der Stange 8, die das Höhenruder 16 steuert, indem sie den Hebel 15 derart betätigt, daß eine Verschiebung @A A x einem Wert + @l entspricht und - @h x einem Wert - @P . Das Rollen wird ausgeglichen, wenn die Stange 1 unter der Wirkung des vom Steuerknüppel A betätigten @ebels 15 um +@ y verschoben wird und den Sockel Ia um y3 y3' schwenkt (Fig. 4), der den Segmenthebel If (der zuvor in die Stellung 90° gekommen war) verstellt. Dieser zieht an der Stange 10 und betätigt dadurch den Winkelhebel IVc (Fig. 7) derart, daß an der Stange 13 gedrückt und an der Stange 14 gezogen wird, um bei a1 und a2 Verschiebungen + @ 1 , -42 2 zu erzeugen. Die Korrektur -@ (@ y erzeugt naturgemäß die umgekehrte Wirkung - Q2 19' +'4#2 ; w wird nicht beeinfluBt und bleibt daher konstant.

Bei der Flugphase des schrägen Sinkens oder Steigens gilt:

Das Gieren wird ausgeglichen, wenn die Stange 3 vom Pedal H

um + Aa verschoben wird und Ia um x3 x31 schwenkt und

dadurch die Segmenthebel Id und If betätigt. Diese Hebel

befinden sich in diesen Flugphasen (infolge gleicher Radien

der Verzahnungen) in verhältnisgleichen Winkeletellurigen

zwischen 0 und 90°. Sie betätigen gleichzeitig durch Zug

die Stangen 9 und 10, welche Mop IVc um z6 z6' bzw.

Z9 Zg, ,na weiterhin =rid, zVd um z? z71 bzw. z1@ $11@ .

derart schwenken, daß sie einerseits an den Stangen 13-11 ziehen und andererseits auf die Stangen 14-12 drücken. Diese Bewegungen erzeugen schließlich bei a1 und a2 Verschiebungen + @21 , -@w1 und - @Z2, + @ w2. Die umgekehrte Korrektur erzeugt naturgemäß die entgegengesetzte Wirkung @ A@ 1 , + @ w1 bei a1 und + @ ,2, - @ w2 bei a2. Das Nicken wird auf die gleiche Weise wie in der Horizontalflugphas e ausgeglichen.

Das Rollen wird ausgeglichen, wenn die Stange 1 unter der Wirkung des vom Steuerknüppel betätigten Hebels 15 um + @4 y verschoben wird und den Sockel Ia um y3 y3' schwenkt, der entsprechend den verhältnisgleichen (zwischen 0 und 90o gelegenen) Winkelstellungen der Hebel Id und If an der Stange 9 drückt und an der Stange 10 zieht, und zwar derart, daß die Betätigungen dieser Stangen die Hebel IIIc, IIId und IVc, IVd auf die Stangen 12, 14 und 11, 13 einwirken lassen, um bei a1 Verschiebungen + 4 w1 , + @Z 1 und bei a2 Verschiebungen @ 4w2, _AA 2. zu erzeugen. Die umgekehrte Korrektur, -,Ad y erzeugt naturgemäß die umgekehrte Wirkung @ @w1 , -,@#, und + @ w2, + @rm, 2. Die Übertragung der Befehle von den Steuerorganen an die Stellglieder a1 und a2 zur Weitergabe auf die Triebwerke erfolgt durch das erfindungsgemäße mechanische Übertragungssystem in völliger Übereinstimmung mit den Forderungen der Tafel, wie man durch Vergleich feststellen kann, und dies im gesamten Stabilisierungs- und Gleichgewichtsbereich und in allen Flugphasen. Weiterhin wird im folgenden gezeigt, wie die in das erfindungsgemäße System eingebauten Servoeinrichtungen V und V' (Fig. 8) die Steuerung der I@Iasdhine unterstützen. Wenn man ein Steuerorgan derart verstellen will, daß sein Steuerbefehl unterschiedlich vom vorangegangenen ist, z. B. bei einer Rollkorrektur @ -,a@ y) in Schrägflugphase, dann tritt an diesem Steuerorgan eine Einstellkraft infolge der dynamischen Reaktionsmomente auf, welche sich aus der Schubänderung und/oder der Neigungsänderung der Triebwerke ergeben.
Eine mehr ins Einzelne gehende Analyse der Wirkungsweise einer Servoeinrichtung, wie z. B. der Einheit V in Fig. 8, erklärt die jeder Servoeinrichtung eigene Unterstützungsfunktion besser. Ein Flugzeug, wie es beispielhaft in Fig. 1 dargestellt ist, besitzt als Triebwerke in praxi zwei verkleidete Luftschrauben, und bekanntlich muß ein Befehl zur Schubänderung durch Verstellung der Luftschraubensteigung verwirklicht werden. Durch die fliehkraftbedingten Torsionsmomente an diesen Luftschrauben werden die beiden Ausgabe-Winkelhebel Va und Vd (Fig. 8) der Servoeinrichtung P V in gegenläufigem Sinne beansprucht. Die beiden in den Verlauf der Stangen 11 und 12 eingebauten Dynamometer Vi1, Vi2 geben, wenn sie um den gleichen Betrag zusammengedrückt werden, auf die entsprechenden Magnetkupplungen, nämlich Vgl für Vif und Vg2 für Vi2, gleiche elektrische Spannungen derart, daß die durch die Luftschrauben erzeugten Kräfte ausgeglichen werden.
Wenn ein Befehl zur Veränderung von @d A y auftritt, der also z. B. eine Veränderung -@4 wl und +@ä w2 erzeugt, d. h. links eine Spannungsverstärkung und rechts eine Spannungsverminderung in den Stangen 11 und 12, dann versuchen sich die Winkelhebel Va und Vd im Uhrzeigersinn zu drehen. Die auf IIIc ausgeübte Wirkung ist sodann eine Drehung im Uhrzeigersinns Die Stange 12 nird mehr zuswrunengedrLickt, wLShrend die Stange 11 sich dehnt. Die vom Servomotor aufzubringende Kraft, um den Winkelhebel Va im Uhrzeigersinn zu drehen, muß größer als die Kraft sein, die durch die fliehkraftbedingte Luftschraubentorsion erzeugt wird. Das hierzu erforderliche Drehmoment liefert ein Motor beliebiger Art, z. B. ein Elektromotor Vh, der mit den Kupplungen Vg2 und Vgl in Eingriff steht. Da die Kupplung Vg1 infolge der Verminderung des elektrischen Widerstandes der Kohlescheiben 1i des Dynamometers Vi1 stärker erregt wird, denn Vi1 wird stärker zusammengedrückt als Vi2' versucht diese Kupplung die Drehmomentverbindung zwischen den Teilen 5g1 und 6gl (Fig. 9) zu verstärken, was eine Verstärkung des Hilfsmomentes zwischen Vgl und Vf ergibt. Das Umgekehrte tritt naturgemäß zwischen Vg2 und Vc ein infolge der verminderten Erregung von Vg2 auf Grund des vergrößerten elektrischen Widerstandes von Vi2' das weniger zusammengedrückt wird als Vi1. Die Bewegung der Winkelhebel Va und Vd geht weiter, bis die Dynamometer Vi1 und Vi2 um gleiche Beträge zusammenbedrückt werden und folglich gleiche elektrische Widerstände an den Kohlescheiben hergestellt sind. Im Falle eines Befehles zur Veränderung der Luftschraubenhauptsteigung (d. h. einer symmetrischen Veränderung) @4 w1 und +@& w2 durch den Schub der Stange 5 ist die Wirkungsweise der Servoeinrichtung analog, abgesehen davon, daß die Dynamometer durch den Antrieb des Motors Vh um gleiche Beträge zusammengedrückt oder gedehnt werden, woraufhin-sich die Winkelhebel Va, Vd in entgegengesetztem Sinne bis zur Wiederherstellung des Gleichgewichtes bewegen. Zur Erhöhung der Sicherheit sind auf der gleichen Achse in Pig. 8 parallel zwei Lia ;netkupplungen angeordnet, und diese werden von zwei voneinander unabhängigen Generatoren gespeist, und diese Anordnung ist für jedes Dynamometer vorgesehen. Es ist klar ersichtlich, daß das Servoprinzip der Einheit V (Fig. 8) in gleicher Weise auf die Einheit V' zur Steuerung von Neigungsänderungen der Triebwerke angewendet werden kann. Es wurde eine Ausführungsform als Beispiel beschrieben, bei der das Steuerungssystem aus mechanischen Befehlsmischblöcken gebildet wird, nämlich aus antimetrischen und symmetrischen sowie Schub- und Neigungsblöcken, und ferner aus zwei Servoeinrichtungen für die Schub- und Neigungsverstellung, wobei das Ganze geeignet abgestimmt ist. Die Beschreibung hat deutlich gezeigt, daß die Steuerungsbefehle auf die Triebwerke in richtiger Weise entsprechend den Gesetzen übertragen werden, die in den beiden vorangegangenen Tafeln definiert worden sind, und daß die Steuerungsverstärker zweckentsprechend arbeiten, wenn eine Schub und/oder Neigungsveränderung auftritt. Das Ausfiührungsbeispiel kann in Einzelheiten abgeändert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann man einen anderen Aufbau aus mechanischen oder elektromechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Gliedern innerhalb der Befehlsmischblöcke wählen, und das gleiche gilt für die Verbindungen zwischen diesen Blöcken, immer unter der Voraussetzung, daß das oben definierte Übertragungsgesetz erfüllt wird, Die Servoeinrichtungen können an einem beliebigen Übertragungspunkt angeordnet sein und einen unterschiedlichen inneren Aufbau besitzen. An das erfindungsgemäße Steuerungssystem können Zusatzeinrichtungen angefügt werden, wie ein Autopilot oder eine Fernsteuerung, dies immer unter der Bedingung, daß diese Einrichtungen das Gesetz der Übertragung von Befehlen durch das Ubertrra.gunga;jystem nicht verändern.

Claims

Patentansprüche 1. Steuerungssystem für senkrecht startende und landende Flugzeuge mit schwenkbaren Triebwerken zur geeigneten Übertragung der Befehle von hubschrauberähnlichen Steuerorganen zu jeweils einer Gruppe von Triebwerken unter allen Flugbedingungen, gekennzeichnet einerseits durch eine Einheit von Mischblöcken (P I bis P IV) für Steuerbefehle, die den charakteristischen Flugzeugsteuerungsbewegungen entsprechen, und die durch Verbindungsorgane (4, 7, 9 und 10) miteinander und mit den Steuerorganen (A, B, C, D) verbunden sind, und andererseits durch Stellglieder (a1, a2), für die Triebwerke (b1, b2), wobei Servoeinrichtungen (V, V') in den Übertragungsgliedern zwischen den Mischblöcken (P I bis P IV) und den Stellgliedern (a1, a2) angeordnet sind, die bei Neigungsänderungen (Alm) oder Schubänderungen (,8 V) der Triebwerke einen Ausgleich der hieraus resultierenden aerodynamischen Reaktionsmomente gestatten und so die Steuerung unterstützen (Fig. 1 und 3). 2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Mischbloekeinheit sich zusammensetzt aus einem Mischblock für symmetrische Befehle (P II) zur Umwandlung von Nick- (41 X) und Trimm- (£ )Befehlen in Triebwerke- hauptneigungsbefehle, aus einem Mischblock für antimetri- sche Befehle (P I) zur Umwandlung. von Rollbefehlen (44y y, `. und Gierbefehlen (a ß) in Befehle zur Differentialver- stellung von Schub (AV) und Neigung (Ay') der Triebwerke (b1, b2), wobei die Umwandlungsfunktionen von der Ver- stellung der Trimmsteuerung (D) abhingen, sowie aus einem Mischblock für Schubbefehle (P III) und sohlIeßlich aus

einem Mischblock für Neigungsbefehle (P IV), wobei die beiden letzteren Blöcke in allen Fällen die Addition oder Subtraktion des Differentialschubes bzw. der Differentialneigung zu oder von dem Hauptschub bzw. der Hauptneigung vornehmen und die Ergebnisse auf die entsprechenden Stellglieder (a1, a2) für die zugehörigen Triebwerke (b1, b2) übertragen. 3. Steuerurgssystem¢ nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Steuerorgane einen Steuerknüppel (A) für die Nick- und Rollsteuerung umfassen, ein Pedal (B)

zur Steuerung der Gierbewegungen, eine Schubhauptsteuerung (C) zur gleichzeitigen und gleichsinnigen Einwirkung auf den Schub der Triebwerke (b1, b2) sowie eine Trimmsteuerung (D) zur Einwirkung auf die Hauptneigung der Triebwerke, wobei eine Höhenrudersteuerung (15, 8) in das Übertragungssystem eingebaut ist und die Nicksteuerung in den Flugphasen mit waagrechter Komponente vervollständigt. 4. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehlsmischblöcke und die Verbindungsorgane nur mechanische Maschinenelemente wie Stangen, Hebel, Arme, Zahnräder, Winkelhebel sowie alle anderen klassischen mechanischen Mittel zur Übertragung oder Umwandlung von Bewegungen besitzen. 5. Steuerungssystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischblock für antimetrische Befehle (P I) zur Umwandlung der Rollbefehle @(,1A y) und Gierbefehle @A ß) in Befehle zur Differentialverstellung von Schub und Neigung der Triebwerke (b1, b2) einen Sockel (In) besitzt, der durch ein Gestänge (1, 3) mechanisch reit dem Steuerknüppel (a.) und mit dem Pedal (B) verbunden ist und um zwei orthogonale Achsen (y3,y3', x3 x3 ') schwenkbar ist, wobei untereinander und mit den entsprechenden Stangen mechanisch verbundene Winkelhebel diesen Befehlsmischblock (P I) mit anderen Befehismischblöcken des Steuerungssystems verbinden (Fig. 4). 6. Steuerungssystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischblock für symmetrische Befehle (P II) zur Umwandlung der Nickbefehle (#dx) und der Trimmbefehle ( # ) in Befehle für die Hauptneigung der Triebwerke (b1, b2) eine zentrale, um ihre Achse (y4 y4') schwenkbare Welle (IIa) aufweist, auf der ein erstes Hebelpaar (IIb und Mo) sitzt, das ihn über ein Gestänge (6 bzw. 4) mit der Trimmsteuerung (D) bzw. mit dem Mischblock für antimetrische Befehle (P I) mechanisch verbindet, und auf der ein zweites Hebelpaar (IId) sitzt, in dem ein zweiarmiger Hebel (IIe) gelagert ist, der über ein Gestänge (2) mit dem Steuerknüppel (A) gekuppelt ist und dessen Bewegung auf den Mischblock (P IV) für die Neigungsbefehle überträgt (Fig. 5 und 7). 7. Steuerungssystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, daß der bTisehblock für Schubbefehle (P 11I) einen durch Gestänge (5) mit der Schubhauptsteuerung (C) ge- kuppelten Sockel (IIIa) besitzt, der um eine feste Achse (z6 z6') schwenkbar ist, `auf der ein erster Hebel (IIIc) schwenkbar gelagert ist, der mit dem Mi:Ichblock für antimetrische Befehle (P I) sowie mit einem zweiten, T-förmigen Hebel (IIId) über Gestänge (9 bzw. 9') ge- kuppelt ist, welch letzterer um iine zweite Achse (z7 z7 t) auf dem Sockel sehwenkbarA st und die Steuer- . Stangen (11, 12) der Stellglieder (a1, a2) zur Steuerung' der Triebwerke über einen ersten Servoverstärker (V) be- tätigt (Fig. 6).

B. Steuerungssystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischblock für Neigunsbefehle (P IV) einen Sockel (IVa) besitzt, der um eine feste Achse (z9 z9') schwenkbar ist, auf der ein erster Hebel (IVc) schwenkbar gelagert ist, der mit dem Mischblock für antimetrische Befehle (P I) sowie mit einem zweiten, T-förmigen Hebel (IVd) über Gestänge (10 bzw. 10') gekuppelt ist, welch letzterer um eine zweite Achse (z11 Z11') auf dem Sockel schwenkbar gelagert ist und die Steuerstangen (13, 14) der Stellglieder (a1, a2) zur Steuerung der Triebwerke über einen zweiten Servoverstärker (V') betätigt (Fig. 7). 9. Steuerungssystem nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Servoeinrichtungen (V, V') für Schub und Neigung zwischen den Befehlsmischblöcken (P I bis P IV) und den Stellgliedern (a1, a2) der Triebwerke angeordnet sind und jeweils zwei bewegliche Winkelhebel (Va, Vd) besitzen, die entgegengesetzt betätigt werden und mit jeweils. einem Paar von Dynamometern (Vi1, Vi2) verbunden sind, die in die Ausgabestangen (11, 12 bzw. 13, 14) der Mischblöcke für Schubbefehle (P III) bzw. für Neigungsbefehle (P IV) eingebaut sind, wobei die von den beiden Dynamometerpaare erzeugten elektrischen Spannungen je zwei entsprechende Magnetkupplungen (Vg1, V92) derart erregen, daß sich die Winkelhebel unter der Einwirkung eines äußeren Hilfsantriebe (Vh) solange verstellen, bis die Dynamometerpaare gleiche Spannungen erzeugen, d. he gleiche mechanische Kräfte übertragen (Fig. 8).