DE1756074A1 - Fehlerueberwachungsgeraet fuer automatische Flugzeugsteuerungen - Google Patents
Fehlerueberwachungsgeraet fuer automatische FlugzeugsteuerungenInfo
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Classifications
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Description
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-
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
009109/0*12 ./.
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-
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.
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-
^ 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
0Ö9809/Q852
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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-
./. 009809/0852
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)
009809/0852
6AD ORIGINAL
— ID —
φ«.τ = bei%ohlene Hollage, üteuertransforaator (24)
φκ = Rollbefehlsrechnerstellung, Punktionegeber (23)
φ = Rollgeschwindigkeit«, Geschwindigkeitskreisel (11)
Δ T>er = Gierlage, Kompaßsystem Hr. 1(33)
yuc = 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-
009809/0862
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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SAD ORIGINAL
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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«1 BAD ORIGINAL
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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BAD ORIGINAL
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
009809/0862 . #/#
■ BAD ORIGINAL
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
00S809/0852 ./.
BAD ORIGINAL
— Cc. —
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. )
(A λ
(A t λλ
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-
009809/0852
.„;i<i,,^ BAD ORIGINAL
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 outH-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-
009809/0852
BAD ORIGINAL
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
009809/0852
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.
009809/08S2
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Claims (4)
- 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 irgendeinerο ■ ·coriohtüberelnstlfflffiungzwischen diesen entsprechende Ausgange-^ röße zu liefern; erste und zweite Zeitsteuervorriohtungen» Ie auf die Ausgangsgrößen der dynamischen und statischenORIGINAL— C ( —überw»c:.uuv:nw/rl lixtur./en 'mnprechen uuJ 'leren Aus£äiuTe 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"tunl': 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.;:at:röüc von der ct:ttiaohen bberwachun{:svorrichtun/ xür ein «weitec vorhurbeatinratea Zeitintervallvorhanaan iut, welches größer irt aiü das erste Zeitintervall.
- 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. Gerät nach Anspruch 2, dadurch ge lrennze ic hne t, daß der Autopilot Befehlssignaljerquellen zur Steuerung der Manöverbefehlstforrichtungen aufweist und daß dieVorrichtungen Manöverbefehlsüberwachungsvorrichtunge«/aufweist, die auf die Befehlssignalequellen ansprechen, um ein Hanöverbefehlssignal zu erzeugen, daß Vorrichtungen ein dem tat-009809/0852SAD ORIGINALsächlichen 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. Gerät nach Anspruch 5, dadurch ,; e l·; e η η ζ e i c h η e tf 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 Grenzen009809/0852BAD ORIGINALLeerseite
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