DE1756074A1 - Fehlerueberwachungsgeraet fuer automatische Flugzeugsteuerungen - Google Patents

Description

DIPL-ING. CURT WALLACH DR. TINO HAIBACH

IMUNCHINt 29.3. ,I960 UN«,

SPERRY RAHD GOHPORATION, New York, II.Y. V.St.v.A.

Fehlerüberwachungsgerät für automatische Flugzeugsteuerungen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungsgerät für i

eine automatische Flugzeugßteuerung, bei welchem die in irgendeinem Bauteil oder Untersystem auftretenden Fehler augenblicklich und sicher festgestellt werden und die Selbststeuerung von der Lenkung des Plugzeuges abgeschaltet wird, bevor eine unerwünschte Lage oder ein unerwünschter Zustand auftreten kann.

Das gemäß der Erfindung ausgebildete Gerät kann zur Fehlerfeststellung während aller Phasen eines automatisch gesteuerten Fluges verwendet werden, es ist jedoch insbesondere zur An- ™ Wendung bei den letzten Phasen des Fluges vor der Landung, d.h. während der Anflug- und Ausschwebemanöver geeignet. Bei vollständig automatischen Landungen ist es wesentlich, daß die Arbeitsweise des automatischen Steuersystems fortlaufend überwacht wird und zwar entweder durch vollständig redundante Steuerkanäle oder durch fehlersichere Überwachungsvorrichtungen, so daß dann, wenn ein Fehler in einem kritischen

Punkt' wahrend dec Landemanövers auftritt, die automat inche steuerung abgeschaltet wird und der Pilot die Steuerung übernehmen kann, um die Landung von Hand zu vollenden oder um ein Durchstartmanöver einzuleiten.

Fehlerüberwachungsgeräte für Autopiloten sind bereits bekannt

und werden seit Jahren zur überwachung normaler Heise-Flugbein
triebsarten und/einigen Fällen auch bei Betriebsarten in Anfangs-

f anflug verwendet. In den britischen Patentschriften 807 50ö, 845 678 (die entsprechende deutsche Patentschrift trägt die lJuamer 1 110 527) und 1 035 540 sinü derartige Überwachungsgeräte beschrieben. Während der Betriebsarten des automatischen Endandflugs und Landeausschwebens ist jedoch eine Präzesionsüberwachung erwünscht, so daß fehlerhafte Betriebsweisen im wesentlichen sofort festgestellt werden und dementsprechend vorgegangen wird. Es müssen nicht nur sämtliche automatischen Stabilisationsfühler und Oberflächenbetätigungsvorrichtungen überwacht werden,

^ sondern auch sämtliche Autopilot-Wegsteuersignale und Befehlssignalgeneratoren. Die Anordnungen gemäß den oben genannten Patentschriften besitzen Rückzieher ("draw backs"), die ihre Verwendung während dieser kritischen Plugbetriebsarten verhindern und die durch die Anordnung gemäß der Erfindung ausgeschaltet werden. Während beispielsweise in der britischen Patentschrift 810 508 eine Befehlskompensation, d.h. die Verhindeung der Überwachungeabschaltung während normal befohlener Manöver, beschreibt, kann die Überwachungsvorrichtung nicht zwischen einem erwünschten Befehl

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und i;ir.t.-.·.! info! :·,.' eines j?Y i.rn auftretenden lefehls unterscheiucn. Dii .<.nora.;un · nach eier britischen l'atentochrirt 1 035 beseitig uieues Problum, äbä eiber in der ΊϊΌΐ:-ο, auk die I?ef ehlsl-.onpensation abgeschaltot wird, nach den die befohlene rlut'seu.-TLuv/e^uti. ; .-ich .stabilisiert hat. Die Anordnungen, nach den bi'itischen Patentschrii'ten o45 »7c, »07 bOo und 1 035 440 benötireu sor.*_"'llti,: jieeichte ioruun^^n·.-ti:\v'er.:e, us die gewünschte bi::naliiberein.;tii:nimn₍; zu bewirken, um Signal rauschen zu ver- ::;eiaen uiia ur, ::r« veriiindern, aaü iittr.-"ln:e sehr hoher Frequenz lästi ~c .-.unociial tun *en bewiiv.eu.

ue;.;äii der -irfiudunj ist ein ?e:ilerüberwachuur3f;er;it für eine automatische oelxbutsteuerunla^e ei ties ^lu.-zeujes vorgesehen, und nwar von der Bauart, bei welcher nehrere i.reiselfüliler die Sev.'egumren deo i'lujzeu^er u:n eine oder mehrere seiner Primärachsen feststellen und entsprechende Signale erzeugen, wobei ferner Hanövrierbefehlsvorrichtungen ein die Lage des Flugzeuge steuerndes Signal sur Änderung seiner Plugbahn liefern, und auf die Abfühl- und Befehlssignale ansprechende oavovorrichtungen eine Steuerfläche des Flugzeuges antreiben und entsprechend g dieser Arbeitsweise Ausgangssignale erzeugt, und wobei schließlich Abschaltvo!'richtungen für die Servovorrichtiangen vorgesehen sind; insbesondere sind dabei gemäß der Erfindung bei dem Fehlerüberwachungsgerät noch folgende Elemente vorgesehen: Eine dynamische überwachungsvorrichtung, welche auf die Kreisel-Abfühlsignale anspricht und Vergleichsvorrichtungen aufweist, um ausgewählte, normalerweise kompatible Abfühlsignale zu vergleichen und um eine Ausgangsgröße entsprechend der Hochfrequenz-

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kompenenten irgendeiner Nichtanpassung zwischen den Signalen zu liefern, eine statische Überwachungsvorrichtung, welche auf die KreiselabfUhlsignale, die ManövrierbefehlsSigriale und die Servoausgangssignale anspricht und eine TTergleichevorrichtung aufweist, um deren sich in einem verhältnismässig ßleichmässigen Zustand (eingeschwungenen Zustand) befindliche komponenten zu vergleichen und um eine irgendeiner Nichtübereinstimmung zwischen diesen entsprechende Ausgangsgröße zu liefern, erste und zweite Zeitsteuervorrichtungen, welche ^ auf die Ausgangsgrößen der dynamischen und statischen Überwachungsvorrichtungen ansprechen und deren Ausgänge zur Betätigung der Abschaltvorrichtungen angeschaltet sind, wobei die erste Zeitsteuervorrichtung eine Ausgangsgröße nur dann liefert, wenn eine Ausgangsgröße an der dynamischen Fehlerüberwachungsvorrichtung für ein» erstes vorgegebenes Zeitintervall vorhanden ist und wobei die zweite Zeitsteuervorrichtung eine Ausgangsgröße nur dann.liefert, wenn an der statischen Überwachungsvorrichtung eine Ausgangsgröße für ein zweites vorbestimmtes Zeitintervall vorhanden ist, welches größer ist als das erste Zeitintervall.

Die erste Zeitsteuervorrichtung weist vorzugsweise eine verhältnismässig kurze Zeitkonstante von ungefähr 300 Millisekunden auf, während die zweite Zeitsteuervorrichtung eine verhältnismäßig lange Zeitkonstante von ungefähr 600 Millisekunden besitzt. Diese Zeitverzögerungen sind natürlich sehr kurz, verglichen mit der Eigenfrequenz der Regelschleife des Plugzeug-

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autopiloten, sie sind jedoch lang verglichen mit den Plugseug vibrationen und den Hochfrequenzrausohkompoiienten, die dem

ihren System oder erfcoaccc Beetandteilen eigen sind.

Der dynamische Vergleich der Abfühlsignale wird für Hanövrierbefehle von Flugwegregelvorrichtungen, wie beispielsweise den ifankleitstrahlempfänger und ein Kompaßsystem auf Vollzeitbasis kompensiert· Sa der Betrieb der Befehlsvorrichtung die Quelle der Kompensationssignale ist, die ihrerseits für sich i aus derartigen Befehlen ergebenden Flugzeugbewegungen kompensiert ist, iet die Manövrierbefehlsvorriohtung selbst durch die statische Überwachungsvorrichtung überwacht. Die statischen und dynamischen Überwachungsvergleiche umfassen den Vergleich von Signalen, die aus redundanten Quellen bezogen werden oder von äquivalenten Signalen, die aus Schaltungen innerhalb der Überwachungsvorrichtung selbst abgeleitet sind·

In der statischen überwachungsvorrichtung erfolgt ein Vergleich von im wesentlichen äquivalenten Signalen, aber anstelle einer sorgfältigen Einstellung der relativen Verstärkungen der verschiedenen auftretenden Signale wird jedes der sum Schluß zu vergleichenden Signal· voreugsweise einem Begrenzer einführt und die Ausgangsgrößen der Begrenzer werden sodann verglichen. Dieβ gewährleistet, daß iaaer dann, wenn der überwachte Teil des Autopiloten in richtiger Weise auf Befehle ansprioht, die maximale Hiif*nf afffUSe für einen Ab β chneide-Ver stärker der statischen Überwachungsvorrichtung und Zeiteteuervorrichtung nur eine Funktion de* J)If ferea· la Or*n»en und nicht der Verstärkung

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der verglichenen Signale ist* Dieser Vergleich gewährleistet tatsächlich! daQ der Autopilot auf die Befehleingangsgrößen in der riehtigen Richtung anspricht. Sollte eine fehlerhafte Mm» Arbeitsweise auftreten und «in Manöver in der gleichen Richtung wie ein erforderliches Manöver zur Folge haben, so cind Vorrichtungen vorgesehen, die auf eine vorbestimmte Grüße

befehle des Hanövrieootbenataec ansprechen, um die automatische Steuerung

des Flugzeugs abzuschalten· Diese Hilfsüberwachungsvorrichtung ψ dient auch zur Überwachung von irgendwelchen Befehlebegrenzern, die normalerweise im Autopilot vorhanden sind·

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung wird bei einem speziellen Anwendungsfall zur Überwachung eines einzelnen RoIlacheenkanals des automatischen Piloten verwendet, und zwar nur v/ährend des Endanfluge und der Aiaschwebephasen des Huges, während die Längeneigungsachse durch zwei Längsneigungskanäle gesteuert wird. Die gemäß der Erfindung ausgebildet· Über- ^ waohungevorriohtung überwacht beständig dl· Arbeitsweise der Rollkanalfühler, der Slgnalformer oder Manövrierbefehlereohner oder Servovorrichtungen und Servobetätigungen, wodurch die Verwendung von zwei Rollkanälen vermieden wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sioh aus der Beschreibung «Ines Autopiloten alffcin·» gemäß der

Erfindung ausgebildeten überwachungsgerät an Hand der Zeichnung! in der Zeichnung zeigts

flay 1a und 1b den Autopiloten in fön ein·β BlookeoÄaltbild··, wob·! dl· in Aaa beiden flgurta darg«»t«llt«a 8oaal-

BADQRIGINAl

tunken über die mit gleichen Buchstaben bezeichneten Leitungen zusa

Aus Grünueii der Klarheit der Darstellung ist die Zeichnung durch eine strichpunktierte Linie in einen oberen und unteren Teil aufgeteilt; der obere Teil zeigt einen im ganzen Konventionellen Rollkanal einer automatischen Steuerung, wie nie im einzelnen beispielsweise in der britischen Patentschrift ö54 beschrieben ist. Wie bereits bemerkt, wird das erfindungsgeraäße Rollachsen-Überwachungsgerät während des Endanflugs und der Ausschwebungsphasen des automatischen Fluges in seinem Betriebszustand gebracht; en sei angenommen, daß die gesamte Betriebsartenschaltung durchgeführt wurde, um die verschiedenen dargestellten Signalverbindungen herzustellen.

Der Rollkanal des Autopiloten weist im allgemeinen ein Querruderservo-System 1 auf, welches einen Servomotor 2 mit einem

aufweist
Geschwindigkeitsgenerator ΐ/, der die Plugzeugquerruder 4 über eine elektrisch gekuppelte Kupplung 5 und ein geeignetes ä Getriebe antreibt. Der Servomotor 2 wird durch die Ausgangsgröße von einem Leistungsverstärker 6 und Vorverstärker 7 erregt und zwar entsprechend irgendeinem an der Eingangsleitung des Vorverstärkers auftretenden Servoeingangssignals. Ein Oberflächenstellungswandler 9 und der Geschwindigkeitsgenerator 3 erzeugen die in konventioneller V/eise OberflächenverschiebungBund Geschwindigkeitsrückkopplungssignale.

Nicht gezeigte Kreiselfühler bewirken für den Autopiloten

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die Kurzseit-und LangzeitBtabiliaierung; die Kurzzeitstabilisierung wird durch einen Rollgeschwindigkeltekreieel 11 (Fig· 1b) und die Langzeit- oder Verschlebungeetabllieierung wird durch einen ersten Vertikalkreisel 12 (Fig. 1a) bewirkt. Der Kollgeschwindigkeitskreisel 11 erzeugt auf Leitung 13 ein zur Kollgeschwindigkeit des Flugzeuges proportionales Signal.Der Vertikalkreisel 12 erzeugt auf Leitung 14 ein Signal, welches der augenblicklichen Kollage des Flugzeuges bezüglich der Horizontalen proportional ist. Das Rollgeochwindigkeltssignal und das Rollverschlebungsslgnal werden bei 15 kombiniert und an einen Befehlsbegrenzer 16 angelegt, bevor sie dem RoIlcervosystem zugeführt werden; der Befehlsbegrenzer dient dabei zur Begrenzung der Auslenkung der Querruder 4· Die bisher beschriebene Einrichtung dient in üblicher Weise zur Stabilisierung des Flugzeuges bezüglich seiner Rollachse, unabhängig davon in welcher Lage es geführt ist.

Alle Eingangsbefehle für die Rollachse dea Autopiloten werden durch eine Hanöverbefehlsvorrichtung erzeugt, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine im ganzen mit 20 (Fig.1a)

Instrumentenbezcichnete elektroinechanieche/Nachlaufregelschleife ist, die im folgenden als Rollbefehlsrechner bezeichnet wird. Der · Rollbeiehlsrechner weist einen Servomotor 21, einen Geschwindig· heitsgenerator 22 , einen Synchro-Komponentenzerleger (Funktionsgeber) 23 und einen Synchro-Steuertransformator 24 auf, wobei der Funktionsgeber und Transformator Rücken an Rücken mit einem (nicht gezeigten) Synchroübertrager auf einer RoIl-

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achse dee Vertikalkreisel 12 verbunden sind. Der Servomotor 21 wird von der Ausgangsgröße eines Uervoverstärkers 25 gesteuert. Der Geschwindigkeitscenerutor 22 und der Funl.tionsgeber 23 erzeugen in konventioneller V/ui3e iür den Rollbefehlsrechner Geschwindigkeits- und /erschiebunssriickkopplungen.

Dix sich das Flugzeug in der Eridanflu£-Betrieb3wei.^:5e befindet, wird aer Querwinkel enusprechend einen Lan-iekursverschiebungssignal vom Funkleitstrahlempfänger 30 geregelt, sowie | von der von einen Gesciwindigkeitsnehraer 31 kommenden LandekursgeBchwindigkelt, dem vom Funkleitstrahleapfanger 30 über eine Kompaßsynolironisiervorrichtunf- $2 abgeleiteten Landekursintegral, der von einem Kompaßsystea 33 hergeleiteten Querverschiebung und der nacheilenden Rollbewegung eines Integrators oder einer ilacheilsehaltung 34, die auf das Rolllagesignal des Vertikalkreisels 12 anspricht. Alle diese Signale werden summiert und dem Eingang eines Rollwinkelbegrenzers 35 zugeführt, um so einen begrenzten Eingangs- _Λ befehl für den Rollbefehlrechner 20 zu erzeugen. Die Rollgeschwindigkeit des Flugzeuges infolge des Befehlssignale ist ihrerseits durch einen Rollgeschwindigkeitsbegrenzer begrenzt·

Die Art und Weise wie die verschiedenen Signale aur Urzeugung eines Rollbefehls kombiniert werden, dav dazu dient, das Flugzeug genau auf dem PunkleitstraM ;u hnlten, Ist im

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einzelnen in der britischen Patentschrift 854 732 beschrieben und jedem Fachmann auf dem Gebiet der automatischen Flugzeugsteuerung bekannt. Es sei kurz erwähnt, daß das Landekurssendersi£nal proportional der Verschiebung des Plugzeuges gegenüber dem i'lu₍-weg ist, der durch lie Landekurssender Funkstrahl/erSchiebung und -Geschwindigkeit bestimmt ist und das er Qie AnfluggeschwindigKeit deu Flugzeugs zum Strahlungsmittelpun.it hin steuert. i)ao Giersignal der konjpaßaynchroni-P siervorrichtun£o2 - die sich in einer integrierten Arbeitsweise befindet- bewirkt eine verbesserte Steuerkursstabilisation bein Vorhandensein von seitlichen Windböen während des Anfluges in "Kurs"-Betriebsart, während das nacheilende HoIl* glied des Integrators 34 ein Signal proportional den Integral der Geschwindigkeit der Drehung erzeugt, welches daher in den interessierenden Frequenzbereich is allgemeinen BBB proportional zur Steuerkursversehiebunj ist. Dieses letztere Glied

der

kompensiert jeden Luvwinkel/infolge von Seitenwinden ent-

un-
^ steht, die normalerweise ein/unterbrochenes Signal von Kom-

paßaysteia 33 zur Folge haben. Ferner ist ein Verstärkungeprogrammierer 37 und ein Abfangwinkelbegrenzer 38 in konventioneller Weise vorgesehen und bewirken eine Kuroglättung bzw. Anflugwinkelbegrenzung.

Im Betrieb bildet die Sumaierung der Funk-, Funkgeschwindigkeits-, Funkintegral-, Konpaßanzeige- und nacheilenden RoIl-Signale Wegbefehlsaignale, die an den Rollbefehlsreeimer 20

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ungelegt werden, uu den Motor 21, Generator 22 und Synchrosteuertransformator 24 um einen Y/'inkel proportional den Befehl zu drehen, wie dies durch dna Lageriickkopplungs signal des Fun'i:tion3gebers 25 bestimmt int; die jeweilige Ktteraixas» Operations~eschwindigkeit des Rollbefehls-Rechners 20 wird durch den Geschwiu.li£i:eitsgenerator 'cc und ücn Kollgeschwindigkeitabegreiiser 36 gesteuert. Die Drehung des Synchrosteuertransformators 24 erzeugt eine Ausgangsgröße, die der ^uerruderaervovorrichtung zugeführt wird, die ihrerseits das PluiTseuc querlegt, bis das Auepan^ssignal vom Vertikalkreisel 12 das von der Sytichroeiurichtung 24 erzeugte bifnal auclöacht. Die kurzzeitßtabilisierung um die befolilene Lfi^-e wird durch den GreschViindigkeitsureisel 11 ctabilisiert.

Sobald sich das Flugzeug in der kritiocheti Phane des Landemanövers befindet, ist eine sehr genaue und umfassende Überwachung seiner Betriebsweise notwendig, so daß jeder fehler oder jede Verschlechterung irgendeiner Komponente des Hollkanals des Autopiloten - beispielsweise in der Oberflächenservo-Einrichtung, den Kollbefehlsrechner, den kreiselfühlern oder den Quellen der Wegsteuersignale - festgestellt wird und dementsprechend derart eingewirkt wird, daß das automatische System von der Steuerung der Querruder abgeschaltet wird und der renschliche Pilot den ^nflug in normaler Weise

mictels der knopiinstrumente am Instrumentenbrett fortsetzen kann Durchstart-

oder ein 3S*afgnanöver einleiten kann.

Die geraäiB der Erfindung ausgebildete Pehlerüberwaciiungsvorrichtung ist in der Zeichnung schematisch unterhalb der strichpunktierten

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Linie dargestellt« Wie oben erwähnt, besteht die örundoperation der Rollkanalüberwachungsvorrlchtung darin, daß Rollbefehlssignale und Querachs-Ansprechsignale mit ähnlichen Signalen von unabhängigen Quellen oder äquivalenten von der Überwachungsvorrichtung abgeleiteten Signalen verglichen werden· Jeder Fehler bei diesen zu vergleichenden Signalen zeigt eine fehlerhafte Arbeitsweise des Rollkanale oder der Rollüberwachungevorrichtung an. Zu diesem Zweck erzeugt ein zweiter Vertikalkreisel 25 eine | unabhängige Quelle eines Querwinkelsignals, und ein Funkleit-Btrahlempfanger 26, ein ueechwindigkeltenehmer 27» ein Versträkungeprogrammierer 23 und ein Abfangbegrenzer 29 erzeugen eine unabhängige Quelle eines Wegbefehlssignals· Ferner 1st noch ein Kurswähler 32 mit einem vom Kompaßsystem 33 mi*XB±KUxxiai unabhängigen liompaßsystem verbunden, so daß die Steuerkursglieder durch unabhängige Quellen erzeugt werden·

Wie weiter unten erklärt wird, werden äquivalente Rollkanalsignalβ innerhalb des Rollservo-Überwachere, Rollbefehlsrechner-Über-" wachera-und Abfühlüberwachers entwickelt.

Vergleiche der Systembefehle und des AnSprechens werden auf zwei Arten ausgeführt und zwar durch einen dynamischen oder einen "v/ash out¹¹ Vergleich, oder durch einen statischen oder direkten Signalvergleich. Wenn der Rollkanal ordnungsgemäß arbeitet, tritt an den Ausgängen der dynamischen und etatischen Vergleichest uf en eine Nullspannung auf. Der Rollkanal wird jedoeh automatisch abgeschaltet, wenn die Auagan^größe des dynamieohin Überwachere

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für eine kurze Zeitperiode - in diesem Ausfühmngsbeispicl

Schwell-300 Millisekunden - einen vorgegebenen X^o&t&pegel übersteigt, oder dann, wenn der statische überwucher einen vorgegebenen Schwellwert i'iir eine etwas längere Zeitperiode - 600 Millisekunden - übersteigt. Dieae sehr kurzen Zeitverzögerungen verhindern, daß Signale sehr hoher Frequenz, wie beispielsweise Kauschen oder andere vorübergehende Erscheinungen lustige Abschaltungen erzeugen.

i)ie dynamische Überwachungsvorrichtung 4-0 ist im unteren Teil f der Pig. 1b dargestellt und weist einen Abfühltiberwaoher 41* Abschneideverstärker und Zeitverzögerer 42 und ein Relais 43 auf, welches in der Eingriffaverriegelungspfadensteuer-St-rvokupplung 5 des Autopiloten liegt. Eine statische Überwachungsvorrichtung 44 weist einen Querruderservoüberwacher 45, einen Hollbefehlsrechner - Überwacher 46 und einen ILS-Empfänger Überwacher 47 auf (Instrumentenlandesystem-Erapfanger) und zwar zusammen mit einem Abechneideverstärker und einer Zeitverzögerungvorrichtung 48 und einem Relais 49. Der dynamische Vergleich ^ v;ird mittels zweier Bandpaßfilter-Netzwerke, die rait A und B bezeichnet sind, durchgeführt. Die Übertragungsfunktion des Α-Netzwerkes läßt die Hochfrequenzkomponentd^ d.h. die GeschwindigTseitsjgjjJkoinponenten seines Eingangs signals hindurch, während das B-lietzwerk die nächst höhere Ordnung von bi^aalen, d.h. die Beschleunigungskoaponentdi des Eingangssignais durchläßt. Auf diese Weise spricht die dynamische überwaenimgavorrichtung 40 nur auf aie hochfrequenten Komponenten. Cnr

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Vergleichssignale an. Die statische Überwachungsvorrichtung 44 verwendet iieine derivativen oder "wash out" Schaltungen und i3t daher nur für in ganzen eingeschwungene in stetigem Zustand befindliche Signaldifferenzen der darin verglichenen Signale empfindlich. Der Abochneideverstärker und die Zeitverzögerungsnetzwerke 42 und 48 sind beide gleichartige Schaltungen, wobei jede eine Vorspannungsgröße aufweist, die den Schwellpegel bestimnt, bei dem sie in Punktion kommt; ferner weist m$ jede " Zeitverzögerungsvorrichtungen auf, um eine Ausgangsgröße für 300 bzw. 600 Millisekunden zu verzögern. Die beiden Netzwerke können konventionelle Schwellwertverstärker sein, wobei Zeitverzögerungeeinrichtungen mit eingebaut sind, es sind aber vorzugsweise Schaltungen der Bauart, die sowohl "in Phase" als auch "außer Phase" Signaldifferenzen an den Eingängen anzeigen und dabei seibat fehlersicher sind.

Die *j*iFf dynamische Überwachungsvorrichtung 40 ist im h wesentlichen die Autopllot-Abfiihlüberwachungsvorrichtung und vergleicht die Ausgangseignale der Autopilot-AbfUhIvorrichtungen, insbesondere die KreiselbezugsgröSen, beispielsweise des Vertikalkreieels 12, des Geschwindigkeitskreisels 11 und der Koaspaßsystem® 32 und 33, während die Roll-Ansprechkompensatlon durch die Opsration des Hollbefehlsrechners 20 infolge der daran angelegten Bsfehlssigaale erfolgt. Die Arbeitsweise der .dynamischen Überwaciiuägsvorrichtuiig 40 ist am besten zu verstehen, we Uli man die folgende Gleichung betrachtet, welche die Ausgangs-

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grüße der Abfiihliiberwachungsvorrichtung 41 am Leiter 50 in Ausdrücken der speziellen Vergleiche zwischen den daran angelegten Eingangsgrößen angibt:

In dieser Gleichung sind nur die Variablen angegeben; es ist i.lar, daß jede der Variablen noch mit geeigneten Verstärkungslionstanten verbunden ist, die so gewählt sind, daß während des normalen Betriebs des Autopiloten Anpassungen vorhauden sind,d.h. jeder Vergleich basiert auf Verstäriiungs differensen zwischen ihren entsprechenden Variablen. Die verwendeten Symbole sind wie folgt definiert:

Rollage, Vertikalkreisel Nr. 1 (12)

Rollage, Vertikalkreisel Hr. 2(25)

Integral der (oder nacheilenden) Rollage,

V.G. Ho. 1(34)

Integral der (oder nacheilenden)Rollage

von der Überwachungsvorrichtung abgeleitet

(52)

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— ID —

φ«.τ ^{= bei%ohl}eⁿe Hollage, üteuertransforaator (24) φ_κ = Rollbefehlsrechnerstellung, Punktionegeber (23) φ = Rollgeschwindigkeit«, Geschwindigkeitskreisel (11) Δ T>_er = Gierlage, Kompaßsystem Hr. 1(33)

yu_c = Kursfehler, Kurswähler dee Kompaßsystems Nr. 2

(32)

y A₁ β Integral dee Punkleitstrahlsignalenipfangers Nr. 1 (30).

Zur Erleichterung des Verständniesee ist jeder.der Vergleiche von Klammern umschlossen und durch römische Ziffern bezeichnet· In der Zeichnung sind diese Vergleiche in gleicher Weise veranschaulicht. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß im tatsächlichen Betrieb die verschiedenen Signale in irgendeiner zweckmäßigen Reihenfolge oder in einem einfachen Parallelsummiernetzwerk kombiniert werden können.

} Die primären AbfUhlverglelche sind I und V, welches die Vertikalkreisel - und Geschwindigkei'tskreiselvergleiche sind. Somit werden die Ausgangsgrößen des Autopilotkreisele 12 und des unabhängigen Vertikalkreisels 25 direkt verglichen und da ihre Signale normalerweise die gleichen sind, heben sie sich auf. Sollte jedoch ein Kreisel ausfallen, so entsteht eine Verstärkungsdlfferenz zwischen den beiden Signalen und die dynamische oder Hochfrequenzkomponente einer derartigen Differenz wird durch das A-NStzwerk abgeleitet· Somit bewirken nur Geschwindigkeitsdifferenzen, daß eine Ausgangsgröße auf-

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tritt und die Kreiselüberwaohungavorrichtung spricht nicht auf Differenzen in atetigem Zuatand (in eingeachwungenem Zuatand) an, die durch kleine Fehlausrichtungen entstehen. In gleicher Weise wird beim Vergleich V die Ausgangsgröße des Geschwindigkeitskreisels 11 und dea Vertikalkreisels 12 verglichen, jedoch erst nachdem das Geschwindigkeitskreiselsignal durch das Netzwerk A und die Vertikalkreiselausgangsgröße durch das Netzwerk B gelaufen ist. Das Netzwerk A ist ein "Geschwindigkeits"-Netzwerk, das Netawerk B ist ein ⁿBeschleunigungs"~Netzwerk | und die beiden Signale sind normalerweise kompatibel und verschwinden. Ebensowie bei den Vertikalkreiselvergleichen wird nur die Differenz zwischen den Hochfrequenzkomponenten der Geschwindigkeitskreisel- und Vertikalkreisel-Signale festgestellt. Auf diese Weise wird der fehlerhafte Betrieb der Systeme der Kreiselabfühler sofort festgestellt und entsprechend gehandelt.

Die Signalvergleich« II, III und IV können ale Rollbefehls- und Rollansprtchvtrgleiche betrachtet werden· Die augehörigen Signale steuern den Eollbefehlsrechner 20, um Flugzeugs» növer infolge von . Wegsteuersignalen au befehlen. Der Vergleich II dient zur Überwachung des Hachelinetzwsrkes oder Integrators 34, von dea das oben diskutierte Seitenwindkompensationesignal abgeleitet wird· Der Vergleich wird alt dm Bollagensignal des Vertikalkreisel» 12 durchgeführt, welches durch ein gleichartiges

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Integral- oder Verzögerungsnetzwerk 52 innerhalb der statischen überwachungsvorrichtung geführt wird. Der Vergleich ist gültig, da unabhängige Netzwerke 34 und 52 verwendet werden und der Vergleich 1 die Integrität des Signals vom Kreisel 12 sichersteUt.

Der Vergleich III überwacht die Abfühlvorrichtungen des Kompaßfehler- und Kompaßsynchronisiersignals, welches bei 63 erscheint. Dieses Signal bildet eine weitere dynamische Eingangsgröße für den Rollbefehlsrechner 20. Wie bereite oben ausgeführt werden die verglichenen Kompaßsignale aue getrennten Kompaßsyeteinen abgeleitet , wobei das eine das Giersignal vom Korapaßeignal 33 und das andere das Kursfehlersignal von einem unabhängigen KompaßBjrstem ist, welches mit der KurswählVorrichtung 32 in Zuordnung steht· Das bei 63 erscheinende Punkintegrationasignal wird «ribvct das nacheilende Rollsignal koepenslertf die Rollnachellung ist proportional dem Integral der Drehgeschwindigkeit und infolgedessen proportional zur Kursverschiebung des Plugseuges in dem interessierenden Frequenzbereich· Ub daher den ßteuerkurs zu ändern und die Funk-Integralausdrüoke während des normalen Betriebs kompatibel zu machen, wird die Rollnacheilung mit den Kursfehler kombiniert und jede Differenz zwischen dem eierfehler plus Funkintegral.und Rollnacheilung plus Kursfehler ist eine Verstärkungsdifferenz· Die

einer Hochfrequenzkooponente/derartigen Differenz wird - wie oben - durch dme A-Hetζwerk als Eingangsgröße zum Absehneideverstärker 42 abgeleitet.

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Der Vergleich IV iut in aer Abi'ühlüberwachutv^vorrichtung vorgesehen und bewirr.t eine Überwachung des bynchrofunktionsgebero 23· Dies ist erforderlich, weil das öignal vom Funktiomsfeber 23 für die Kolli.anal- und die Rollüberwachungo-

wird befehlsochultungen gemeinsam ist. Tataiichlich i*± die Differenz swiachen der bignalausgangugröße des Rollbefehlsrechner-Funktionsgebers ο und der Hollbefehlarechner-Signalausgangsgröße der Synchrovorrichtung 24 verglichen und jede Differenz zwi- ^ öchen diesen Größen wird an das A-IJetzwerl·: angelegt· Damit der Vergleich für alle Hanövrierbefehle kompatibel ist, wird die Flugzeugrollage-Lomponente wirksam aus der Ausgangsgröße der Synchrovorrichtung 24 entfernt, in dem davon das vorliegende Rollagesignal dec Vertikalkreisels 12 abgezogen wird. Jede Differenz zwischen dem Üignal des Rollfunktionsgebers 23 und dem kombinierten Signal von Synchrovorrichtung 24 und Vertikalkreisel 12 wird an das A-IIetzwerk gelegt, wodurch sichergestellt wird, daß das Rollrechner-Rückkopplungssignal gültig ist.

Aus dem oben stehenden ergibt sich, daß dann, wenn sämtliche Variablen in der obigen Gleichung vorhanden sind und wenr)4ine geeignete Auswahl der Verstärkungskonstanten für jeden der Ausdrücke der Gleichung stattgefunden hat, die Ausgangsgröße der dynamischen Überwachungsvorrichtung 40 während aller Kurzzeitflugzeugbewegungen die durch äußere Störungen oder Eingangsbefehle hervorgerufen werden, Hull Bein. wird. Für den Fall,

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daß äignalquellen ethr hoher Prequenc, wie belepieleweiee Rollbef«hlsrechner Schwankungen, Leietungevereorgungeüberflnge (Schaltvorgänge) oder anderes ⁿRaueohenⁿ vorhanden aind| und derartige Quellen sind la allgemeinen vorhanden, welet die dynamische Uberwachungevonichtung eine Zeltvergttgerung alt einer Zeitkonstante auf, die verglichen alt derartigen vorübergehenden Hochfrequenzsignalen verhältnismäselg lang tat und doch bezüglich der normalen Hochfrequenzkoeponenten der Abfühl- und/oder Befehleelgnale sehr kure let« Dae Vorhandensein der Zeitverzögerung zusätzlich zum BandpaBnetswerkfliter eohafft einen zusätzlichen Schutz gegenüber unerwünschten Abschaltungen, üie bei einer Änderung der Bandpaßfilterkennlinien auftreten würden, und zwar infolge der Verschlechterung von Komponenten, durch Temperaturwechsel und ähnliches·

Die gemäß der Erfindung ausgebildete etatische Überwachungsvorrichtung 44 überwacht den im allgemeinen in einem mSemttWM stetigen Zustand befindlichen Betrieb der Querruderservobetätigungsvorrichtung und eines Rollbefehlsrechners sowie der Landekurssendersignalquelle. üie Arbeitsweise der beiden Servovergleichsvorrichtungen basiert auf der Erzeugung eines ServogeschwindigkeitsansprechsignalB, d.h. durch Summierung aller Öervoverstärkereingangsgrößen und vergleicht dieser Eingangsgrößen mit dem tatsächlichen Geschwindigkeitsansprechen der Servovorrichtung: in wesentlichen wird das abgeleitete Servotachometer^ansprechen mit dem tatsächlichen Servotachometeransprechen auf einegfcstatischen Basis verglichen ,d.h. durch

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direktes Signal- auslöuchen. Irgendeine Differenz zwischen den verglichenen Signalen wird an ein Zeitverzögerungsnetzwerk angelegt, welches eine Zeitkonstante besitzt, die beträcltLich langer ist als diejenige der dynamischen Überwachungszeitverzögerung. Der Grund für die vergrößerte Zeit-Lonstante liegt darin, daß die Signale, die verglichen werden, viel langsamer ändern, als die ΛbfUhIsignale·

öonit nimmt die öervoüberwachungseinrichtunn 45 die HoIlgeschwindigekeits-Rollverschiebungs- und Oberflächensteilun^s- ™ rüekkopplungssignale auf, die kombiniert werden, ui^iri Signal zu erzeugen, welches proportional dem erforderlichen Geschwindigkeitsansprechen der Querruderservovorrichtung ist. Zur Kompensation der Befehlsbegrenzungsvorrichtung 16 i3t in den Schaltungen ein ähnlicher Begrenzer 55 zur Ableitung der erforderlichen Ansprech|f»tMJe· vorgesehen. Das simulierte Tachometeransprechsignal wird mit dem tatsächlichen Servogeschwindigkeitssignal verglichen, welches durch den iäervotachometer oder Generator 3 erzeugt wird, so daß in normalem M Betrieb das Ergebnis des Vergleichs Hull ist. Sollte eine Differenz^rö'ßer als die Abschneideverstärkervorspannung&uf-

sein treten und langer als 600 Millisekunden vorhanden MiMf,so wird eine»fehlerhafte Arbeitsweise der Servovorrichtung angezeigt und das Relais 49 betätigt, um an das Querruder von der Betätigungsvorrichtung auszukuppeln.

Die Rollbefehlsrechnerüberwachungsvorriohtung gleicht funktionell der Servoüberwachungsvorrichtun^ 45 und bildet

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die überwachungsvorrichtung für die Arbeitsweise des Hol L-befehlsrechners 20. Dieser Vergleich wird uurch Ableiten eines" Befehlsignals in der Überwachungsvorrichtung ausgeführt, welches den Befehlssinnnl entspricht, welches' an. den Köllbeiehlrechner angelejt ist. öoinit wira ier Kompaß £e öler \rß.s Jtrahlintegr-..ir. i:;uruck (ψ,*+ί\,) nacheileiicio i{oll<:rü3e ( Φι. )

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und btri.iilverschiebun^ plus Ghidiitäk ihren entsprechenden Verstärkungen in der Itollbefehlsrechner-

dberwachun^ßvorrichtung 4b kombiniert und an einen Rollwintzel-5o

begrenzer/ianeriuilfc der überwachun :«vorrLeitung angelegt, der den Eegrei./.er in u^.tiven !»anal entspricht. An diene» UoIlbefehl wird die Hollrechner-Punktionsgeberauugangsgröße ( angelegt, was auf Leitung 57 ein Rollgeschwindigr.eitsbefehlsignal ( <f£) zur Folge, hat. Dieser abgeleitete Hollgeschwindigiieitsbefehl wird direkt mit der tatsächlichen Geschwindickeitsansprechgröfle ( fyh,) des Hollrechners 20 - sowie von Tachometer 22 abgeleitet - verglichen. Zur Verhinderung lästiger Abschaltungen des Rollkanals infolge nicht linearen Ansprechens des Tachometergenerators 22, als Ergebnis einer infolge der physikalischen und nechanischen Charakteristiken des Rollrechnerservorootors 21 auftretenden Hochfrequenzkonponenten-Spektralabeorption, und auch infolge von irgendeiner Rauscherapfindlichkeit des Servoverstärkers 25, wird sowohl der Servogeschwindigkeitsansprechbefehl ( und die t£tsächliche oervogeschwindigkeit-ansprechgröße vor dem Vergleich an die Begrenzer 5ö und 59 angelegt. 3omit ist jede sich als Ausgangsgrüße für den statischen Über-

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wachungs-Abichneidevei'stärker und Verzögerungsnetzwerk 48 ergebende Differenz eine Punktion der Differenz in den durch die Begrenzungsvorriehtungen auferlegten Grenzen, und nicht eine Funktionier Differenz in den Verstärkungen zwischen den Signalen, wobei die erstere wesentlich einfacher zu regeln (kontrollieren) ist als die letztere. Infolgedessen flihlt HollrechnerUberwachungsvorrichtung 46 nur ab, ob der tatsächliche Hollrechner 2Q&uf seine Befehlseingänge in der richtigen Kichtung anspricht, was in den Kombinationen mit der dynamischen Überwachungsvorrichtung ausreicht, um die gewünschten Abschneidecharakteristiken zu erhalten.

33a der durch die statische überwachungsvorrichtung 44 vorgesehene stutische Vergleich keine Bundpafifilter enthält und somit auch keine "wash out^H-Glieder, spricht der Vergleich entweder auf Servoüberläufe mit niedriger Geschwindigkeit oder fehlerhafte Eetriebsnustände bei oervoübersteuer.mg an.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß zv:ei quellen der ILS-Verschiebungs- und Geschwindigkeitsausdrücke verwendet werden. Bei der Anflug-Auf-kurs-Betriebsart werden Strahlverschiebungsund Strahlgeschv/indigkeitssignale gleichzeitig vcn unabhängigen Empfängern, jedes mit einer Hälfte der Verstärkung abgeleitet.

be-

3er Vorteil dieser Ausgleichstechnil/steht darin, daß der Rollrechner 20 auf den fehlerhaften Betrieb einer einzelnen ILS-Schaltung geringer anspricht. Bei dieser ÄHSguiei Ausgleichs-

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technik verwenden Rollkanal und RollüberwaohungBvorrichtung die gleichen ILS-Schaltungen und weil eine derartige überwachung dieser Schaltungen erforderlich iet. Dies wird in der ILS-LOC-Überwachungevorriohtung 47 ausgeführt, wo die Ausgangsgrößen der beiden ILS-Schaltungen in entgegengesetzten Phasen in den statischen Überwaohungeabechneideverstärker und tot die Verzögerungeschaltung 48 summiert werden· Sollte in der ILS-Schaltung ein Fehler auftreten, so steigt die Differenzspannung am ta Ausgang 47 an, wenn das Flugzeug den Puru; le it strahl verläset, wodurch eine Lösung der ServoVorrichtung erzeugt wird.

Da die RtIlbefehlsrechnerüberwachungsvorrichtung 46 nur abfuhr ob der Rollbefehlsrechner 20 auf die Rollreohnereingan^sgröße in der richtigen Richtung aneprlöht, besteht die Möglichkeit, daß in der gleichen Richtung ein über* steuerungsfehler in der FunkleitBtrahlsohultung auftritt, und dafl daher Strahlfehlerkorrekturen zur Befriedigung der statischen Überwachungsvorrichtung erforderlich sind* Zur Überwachung eines derartigen fehlerhaften Betriebe 1st eine Rollbefehlsrechner-btützüberwachungsvorrichtuhg 60 Vorgesehen. Diese wird durch einen Schalter (der durch tine "Überwachungevorrichtung ein" Verriegelung in Setrieb geeetst wird) in Wirkung gesetzt, der durch die Rollbefehlareohrterauegangs-

welle betätigt wird, die den Rollkanal über Relaie 61 abschaltet und zwar immer dann, wenn der Rollbefehl einen

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vorgegebenen Wert von beispielsweise 6° übersteigt. Dieae StützüberwachungBvorrichtung 60 übt während der kritischen Ausschwebebetriebeart noch eine andere Funktion aus, indem

35 - da die duroh den Rollwinkelbegrenzei/uuferlegten Grenzen

annähernd 4° sind - der Betrieb der Ütützüberwachungsvorrichtung 60 einen Auofall im Rollwini:elbegrenzer anzeigt.

Patentanwprüohe:

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Claims (4)

1. Patentansprüche :

   . Fehlerüberwachungsgerät für die automatische Selbststeuerung eines Flugzeugen mit mehreren Lreiselfühlern zur Peststellung dor Bewegungen des Plugzeuges um eine oder mehrere seiner Priiaärachsen und zur Brzeugunc entsprechender Signale, mit llanüvrierbefehlsvorrichtungen zur Abgabe eines die Lage des Plugzeuges regelnden und seinen Plugweg ändern-

   fe den Signals sowie mit Servovorrichtungen, die auf die Abfühl- und Befehlseignale ansprechen, die die Steuerfläche des PlugzeugeD treiben, und die entsprechend dieser Operation Ausgangeβignale erzeugt, und schließlich mit Vorrichtungen zur Abschaltung der Servovorrichtungen, dadurch ge k e η -zeichnet, daß das Fehlerüberwachungsgerät folgende Teile aufweist! eine dynamische Überwachungsvorrichtung, welche auf die Kreiselabfühlsignale anspricht und eine Vergleichsvorrichtung aufweist, um ausgewählte normalerweise kompatible Abfühleignale au vergleichen und um eine Aue-

   ™ gangsgröfle entsprechend den Hochfrequenzkomponenten irgendeiner Nichtübereinstimmung zwischen diesen Signalen abzugeben! statische Überwachungevorrichtungen, die auf die Kreiselabfühl8ignale, die Hanövrierbefehlsslgnale und die Servoausangssignale anspricht und eine Verglelchsvosichtung auf-

   ^ eist, um deren in verÄtnismässig stetigem Zustand be- -

   co ■

   oo'indliche Komponenten zu vergleichen und um eine irgendeiner

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   coriohtüberelnstlfflffiungzwischen diesen entsprechende Ausgange-

   ^ röße zu liefern; erste und zweite Zeitsteuervorriohtungen» Ie auf die Ausgangsgrößen der dynamischen und statischen

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   — C ( —

   überw»c:.uu_v:nw/rl lixtur./en 'mnprechen uuJ 'leren Aus£äiu^Te nur .·;ο t"^:'ti/TUiv' der erw'ihr.'on ιΛ ccr.vil tvorrichtun.; nienen, wobei die ercxr !Jeito.euei'vorric'.itun * eine .αι.; ,;-u :3<;rüßo nur iUi*j. er:;er,/t, wenn eine Aun.T'.u/u/rüwe von eier dynamischen Übei'v;:ic..un^svorric}i"tun_l': Tür ein erster; vor".:ei*bec^i:rinteG "eiiiütorvall vcriuiiidei. i::t, un.i v/obei die zweite 13eitaueuervi rrioiit; ι;.■ eine jvuj,;;uirc^"i'üi3e nur criun orseu^t, v/enn eine AuHßan.;:a_t:röüc von der ct:ttiaohen bberwachun{:svorrichtun/ xür ein «weitec vorhurbeatinratea Zeitintervallvorhanaan iut, welches größer irt aiü das erste Zeitintervall.
2. 2. Gerat nach Atu;p:'U :h 1, dadurch ₍: e Ί ennzeichn e t, daß die i.reiüeli'ühlcr La^efühlei' aufweicen, die auf Änderungen im r'lu^wei* ansprechen, daß die dynamische "überwachungsvorrichtung ferner Kompenuationsvorrichtuncen aufweist, die auf die Kanüverbefehlsvorrichtutiren ansprechen, un die Signale während der Manöver kompatibel zu halten, und daß die statische Überwachungsvorriehtun/; ferner Vorrichtungen zur Überwachung der Ilanöverbefehlsvorrichtungen aufweist,
3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch ge lrennze ic hne t, daß der Autopilot Befehlssignaljerquellen zur Steuerung der Manöverbefehlstforrichtungen aufweist und daß die

   Vorrichtungen Manöverbefehlsüberwachungsvorrichtunge«/aufweist, die auf die Befehlssignalequellen ansprechen, um ein Hanöverbefehlssignal zu erzeugen, daß Vorrichtungen ein dem tat-

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   sächlichen Betrieb der Manöverbefehl^vorrichtung enteprechendee Signal erzeugen, und daß auf diese Signale anspreoheide Vorrichtungen eine Auegang»große in Übereinstimmung mit jeuer Hichfcübereinetinmung zwischen diesen Signalen utasMgu erzeugen.
4. 4. Gerät nach Anspruch 5, dadurch ,; e l·; e η η ζ e i c h η e t_f daß die Manöverbefehlaüberwachungsvorrichtung ferner Begrenzungsvorrichtungen aufweist, die auf die Manöverbefehlssignale und das Signal entsprechend dem Betrieb der Befehlsvorrichtungen ansprechen, wobei die Ausgangsgröße eine Funktion der Differenz in aen durch die Begrenzungevorrichtungen auferlegten Grenzen

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