DE1781220B2 - Flugzeugsteuereinrichtung - Google Patents

Description

der dieser ^f

kungen der

den

ppel^ersteUt. Der Nachteil ^ _{eht darin}, daß Rückwirhtung auf den Steuerⁿß^B _slch die im Zeit-

i. punkt der
gesteuerten
zusätzlich
Der Erfindung

^feuereinrichg; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vor, der Kupp-

lung (30) übertragbare Kraft durch eine Steuereinrichtung _V74, 76, 78) in Abhängigkeit von den den Stellmotor (26) steuernden Steuersignalen so einstellbar ist, daß sie vom Piloten nut geringstmöglichem Aufwand ü'-ierwindbar is:.

3". Flugzeugsteuere in richtung nach. Anspruch 2, dadurch "gekennzeichnet, daß die von der Kuppluno (30) übertragbare Kraft den Steuersignalen kann und von Piloten

™_{abe zugmnde}, eine au S β genannten

er ^ & _{und bei}

T der automatischen ,fegende Reaktionskraft

Die Losung dieser^
,„ eschen,demSteH-notor
vom Piloten uberste"^er°^are

_molor ,^Mg
sehen .st, deren erste
gestänge verbunden ist
_a5 teil flugzeugfest ist.

Die ψ^^
tischer Zeichnungen an

_{die Kraft v}£_{m Stell}_ _{Kupplung vorL},_e.

ηώ den? Steuer_{kes K pluncs}.

schema-

(M,

von eine. MeBgeber tu, r,_s und di. Kupp-

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgeber ein lung.

und ausschaltbaren Flugzeugkurssteuerkre.s an den Stellmotor (26) anschließbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Flugzeugsteuereinrichtung mit einem vom Piloten betätigbaren Steuergestänge und mit einem in dem Steuergestange zwi-,chen dem Steuerknüppel und dem Steuerorgan zw,- »chengeschalteten Stellmotor, der von den Steuer-Signalen eines Autopiloten betat_lgbar ist.

^SEs ist eine derartige kombinierte automatische manuelle Steuervorrichtung bekannt, bei welcher das vom automatischen Piloten erzeugte Steuersignal mit Hilfe eines Stellmotors und einer Kupplungsvornchtung in das Steuergestänge eingeführt wird. Die Kupplungsvorrichtung kann dabei vom Piloten übersteuert werden. Eine derartige Steuervorrichtung .st jedoch verhältnismäßig aufwend.gkonstru.ert.

ng. Huezeugsteuereinrichtung zur

Flugzeuges, bei dem «jS^g^ _{die Steuer} ⁸ _einri_ch-ÄffiÄiÄ Gierungssteuerungs-Dämpfungssystemen, ist ein entsprechendes Steuergestänge gezeigt, das von dem Steuerpedal des PiIofen ausgeht und zu dem Gierungssteuerungsmechanismus führt. Von dem Pedal führt eine Eingangsstange _l0 zu einer Ku^eW»ord«ung V^ mit emejrι E^

50

55

gelagerten Stange 16 befestigt ist -»- —=-

und 20 -Md fest an den Bauteilen des Flugzeuges befestigt. Ferner ist ein Ausgangsarm 22 auf der drehbaren Stange 16 befestigt und übertragt die G.erunessteuerungsbefehle vom Pedal des Piloten über die Druckstange 24 an einen Stellmotor 26 und eine hintere Druckstange 28 auf den Gierungssteuerungsmechanismus, etwa auf das Seitenruder eines Flugzeuges oder den Schwanzrotor eines Hubschraubers. Mit der Stange 16 ist ferner eine drehbare, kraft-"" verbunoen. Die Aus-,^nse« sollen im folgen-Die Rutschkupplung 30

vom automatischen Piloten gesteuerten Kupp-Kupplungen sind an sich bekannt

zu. Derartige

Der Stellmotor 26 kann ein elektrischer Motor sein in Verbindung mit einem gewindeartigen Ausgangsglied. Der Stellmotor 26 ist bei Abwesenheit eines Steuersignals selbstverriegelnd, und das Auagangsglied ist in bezug auf das Gehäuse des Stellmotors bewegbar, wenn ein Steuersignal an demselben anliegt. Der Stellmotor bildet daher ein dehnbares Glied in Reihe mit dem Piloten-Steuergestänge. Steuersignale, die von einem Steuerinstrument abgeleitet rind, etwa «on einem Gierungs-Geschwindigkeitskreisel, gelangen an den Stellmotor und addieren sich zu den Steuersignalen des Piloten. Da der Stellmotor normalerweise sehr kleine Steuersignale eingibt und da der Pilot immer in der Lage sein sollte, die Wirkung des Stellmotors aus Sicherheitsgründen zu überwinden, kann dessen Verstellmöglichkeit auf + 15% der Steuerungsmöglichkeit des Piloten begrenzt sein.

Es ist ersichtlich, daß von dem Stellmotor 26 erzeugte Kräfte über die Druckstange 24, die Kurbelhebelanordnung 12 und die Eingangsstange 10 riickwirken würden, wenn nicht irgendein Mechanismus zwischen dem Stellmotor 26 und dem P^:loten vorgesehen wäre, um diese Steuerkräfte gegen den Flugzeugrahmen od. dgl abzuleiten. Demgemäß ist die Rutschkupplung 30 zwischen dem Steilmotor 26 und dem Piloten angeordnet und absorbiert irgendwelche Steuerkräfte, die von dem Stellmotor 26 erzeugt werden. Da die Rutschkupplung 30 direkt an einer Stelle in dem Piloten-Steuergestänge angeordnet ist, setzt sie auch den vom Piloten ausgeübten Steuerkräften einen Widerstand entgegen bis zu dem eingestellten Rutschmoment.

Wie bereits erwähnt, wird das Rutschmoment der Kupplung gesteuert. Da die Steuerkräfte zwischen dem Stellmotor 26 und dem Steuergestänge, das an den Gierungssteuerungsmechanismus führt, im allgemeinen direkt proportional zu dem von dem Stellmotor 26 eingegebenen Steuersignal sind, kann die Rutschkupplung 30 auch von demselben Steuersignal beeinflußt werden, um ein Rutschmoment einzustellen, das an die Steuerkräfte angepaßt ist oder diese geringfügig überschreitet, die sonst vom Piloten aufgenommen werden müßten. Durch Begrenzung des Drehmoments, das die Kupplung ohne Rutschen übertragen kann, ist der Pilot jederzeit in der Lage, mit geringstmöglichem Aufwand gegen die Wirkung des Steuermotors 26 zu steuern, ohne daß jedoch schädliche rückwirkende Kräfte oder Bewegungen durch den Stellmotor 26 erzeugt werden. Da Siabilisiersignale gewöhnlich intermittierend sind, wirkt die intermittierende Betätigung der Kupplung 30 nicht auf die Steuerungsreaktion des Piloten-Steuergestänges zurück.

Fig. 3 zeigt das Funktionsschaltbild einer Flugzeugsteuereinrichtung, die sich für Gierungsgeschwindigkeitsdämpfungssteuersysteme verwenden läßt. Es ist ein Giergeschwindigkeitskreisel 44 als erste Steuersignalquelle vorgesehen. Dieser Kreisel 44 erzeugt ein Signal, das proportional der Richtungsänderung des Flugzeuges ist. Das Signal wird auf einen Demodulator 46 gegeben und gelangt an ein HochpaBfilter 48, um die Konstantgeschwindigkeitssignale zu eliminieren. Diese Signale werden z. B. erzeugt, wenn der Pilot eine Wendung durchführt. Gegensinnige Signale von einem Geschwindigkeitskreisel wären in derartigen Fällen nicht envünscht. Die differenzierende Eigenschaft des Filters verhindert, daß die einer gleichen Geschwindigkeit entsprechenden Signale den Stellmotor 26 beeinflussen. Der Filter kann auch eine Verzögerung in das Steuersignal einführen, um eine verzögcrteÜbertragungscbarakteristikdesDämpfungssystems zu erzielen. Die typische Übertragungsfunktion für das Dämpfungssystem ist
K.

ίο Ein typischer Wert für die Zeitkonstante τ ist etwa I Sekunde. Solange der Rest der Servosteuerungen eine schnelle Änderung erzeugt, kann die Verzögerung dadurch erzielt werden, daß der Wert τ, des Filters gleich einer Sekunde eingestellt wird. Die Systeiaübertragungsfunktion kann daher in erster Linie durch das Hochpaßfilter 48 hergestellt werden.

Das Steuersignal F₁ an dieser Stelle gelangt durch

einen Summierverstärker 50, einen Vorverstärker 52 und einen Verstärker 54 an die Servobetätigungsvor-

ao richtung 56 und ein Getriebe 58. Die Begrenzungschuraktrristik des Gliedes 58 s'.ellt die Übertragungsgrenze der BetätigungsvorrichtL. ig 56 dar. Die Ausgangskraft der Betätigungsvorrichtiug 56 wird in der Serienführungsform (Fig. 1) zu der Kraft 60 in dem Piloten-Steuerungsgestänge an der mechanischen Summierstelle 62 hinzugegeben, so daß der Gierungssteuei ungsmechanismus von der kombinierten Kraft 64 beeinflußt wird.

Vom Ausgang der Betätigungsvorrichtung führt eine Gegenkopplungsschleife weg mit einem linearen variablen Differentialtransformator 66, einem Demodulator 68 und einem Gegenkopplungsverstärker 70. Falls die Verzögerung nicht durch den Hochpaßfilter 48 erzeugt wird, kann ein Verzögerungsnetzwerk 72 in der Gegenkopplungsschleife vorgesehen sein, um das Signal in der Vorwärtsschleife zu dem Steuersystem zu verzögern. Wenn T₁, r„ und T₃ in der Größe von Vioo see liegen, läßt sich die Verstärkung K_1B J K,/j, zur Erzielung dieser Verzögerung verwenden.

In dem typischen Fall wäre dieser Fall etwa eine Sekunde.

Das Steuersignal für die Rutschkupplung wird von dem Ausgang V₁ des Hochpaßfilters 48 abgenommen. Das Signal gelangt über einen Vorverstärker 74 und einen Verstärker 76 an einen Begrenier 78. Aus Sicherheitsgründen sollte der Pilot immer in der Lage sein, die von der Servobetätigungsvorrichtung eingeführten Signale überwinden zu können. Aus diesem Grund ist der Begrenzer 78 in das System einbezogen.

Durch Begrenzen der Höhe des Signals, das von dem Verstärker 76 an die Rutschkupplung 30 gelangt, begrenzt der Begrenzer 78 die maximal auf die Pedale Wirkende Kraft, typischerweise 7 kg, so daß die Rutschkupplung 30 durchrutscht. Die Begrenzung kann jedoch auch durch eine Sättigung des Verstärkeis 76 erreicht werden, so daß eine besondere Begrenzschaltung nicht mehr erforderlich ist.

Die gestrichelten Linien, die die Rutschkupplung 30 zwischen dem mechanischen Summierpunkt 62 und den Eingängen von den Pedalen und dem Flugzeugrahmen verbinden, stellen die Kraftübertragungswege zwischen diesen Bauteilen d^r. Die Betriebseigenschaften der Rutschkupplung 30 sind durch die Kurvendarstellungen in derselben angegeben. Es kann eine statische Spannkraft 82 bei der Rutschkupplung 30 vorgesehen sein. Diese Spannkraft 82 ermöglicht, daß die Rutschkupplung auf sehr kleine Steuersignale nicht anspricht, die nur Kräfte in dem

Stellmotor 26 erzeugen wurden, welche von der Spannkraft ausgeglichen werden. Diese Eigenschaften sind in F i g. 2 in Absolutwerten für die Steuerspannung V₁ dargestellt. Die Haltekraft F_B der Rutschkupplung 30 ist Null für Eingangssignale von Null bis K₁₀. Für Steuersignale zwischen F₁₀ und V_{B ΜΛΧ} entsprechend der Bemessung des Begrenzers 78 nimmt die Haltekraft der Kupplung 30 proportional von der Stelle α bis zur Stelle b zu. Der tote Bereich kann durch Dioden in dem Verstärker 78 hergestellt sein oder durch eine hohe Schwellenspannung der Rutschkupplung 30. Ein parallel zu dem Piloten-Steuerungsgestänge arbeitender Stellmotor 26 kann nicht von einer Spannkraft zur Unterstützung der Steuerkräfte des Stellmotors 26 abhängen und daher ergibt sich eine Kurve, wie sie in F i g. 3 gestrichelt dargestellt ist.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird das die Rutschkupplung 30 steuernde Signal direkt von einem Hochspannungsausgang des Transformators 66 abgeleitet. Der Nachteil dieser Signalableitung besteht darin, daß eine Verzögerung der Kupplungsbetätigung von der Servobetätigungsvorrichtung 56 herrührt. Wenn die statische Spannkraft genügend groß ist, um geringe von der Betätigungsvorrichtung anfänglich erzeugte Kräfte zu halten, erweist sich diese Verzögerung in der Betätigung jedoch nicht als schädlich.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Signal von dem Vorverstärker 52 abgeleitet. Der Nachteil dieser Signalableitung besteht jedoch darin, daß das Signal eine umgekehrte Charakteristik aufweist, die durch das Gegenkopplungsnetzwerk erzeugt ist. Diese umgekehrte Charakteristik des Signals bewirkt, daß die Haltekraft der Kupplung durch Null geht bei einer Stellung, in der die Betätigungsvorrichtung unter Last steht. Bei den meisten Systemen ist dies nicht zulässig, wenn nicht eine höhere statische Spannkraft den größten Teil dieser Gegenkopplungskräfte auffängt.

Ferner kann die Rutschkupplung 30 bei maximaler Haltekraft, insbesondere für eine Gierungsdämpfung nach F i g. 3, verriegelt werden. Wenn nämlich der Pilot längs eines bestimmten Kurses mittels des Autopiloten fliegt, ist eine Übersteuerung des Stellmotors

»ο 26 durch den Piloten nicht erforderlich, so daß die Haltekraft der Kupplung 30 auf den maximalen Wert eingestellt werden kann.

Dies ist durch einen Kursverriegelungsschalter 84 realisiert, der von einer nicht dargestellten Energie-

IS quelle ein Kurssteuerinstrument speist, etwa einen magnetischen Kreiselkompaß 86. Das Steuersignal des Kreiselkompasses 86 gelangt an einen Summierverstärker und beeinflußt den Stellmotor 56, 58 zur Steuerung des Gierungssteuennechanismus. Zugleich

ao mit der Speisung des Kompasses 86 durch den Schalter 84 gelangt die Speisespannung auch über die Leitung 88 an den Verstärker 76 und steuert den Ausgang des Begrenzers auf die maximale Spannung und verriegelt die Rutschkupplung 30. Da das Signal über

den Begrenzer 78 zugeleitet wird, wird die Rutschkupplung 30 nur bei einer vorbestimmten Haltekraft verriegelt, welche ermöglicht, daß der Pilot die Wirkung f'or Rutschkupplung 30 im Ernstfall überwinden kann. Wenn diese bei dieser Haltekraft verriegelt wird, gelangen Steuerkräfte, welche von dem Stellmotor erzeugt werden, an deo Gierungssteuermechanismus und halten das Flugzeug auf Kurs. Wenn dei Pilot wieder die Steuerung des Flugzeugkurses übernehmen will, öffnet er den Schalter 84 und unterbricht so die Speisung des Kompasses 86 und das Verriegelungssignal von dem Verstärker 76.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Flugzeugsteuereinrichtung mit einem vom Piloten betätigbaren Steuergestänge und mit einem in dem Steuergestänge zw.schen dem Steuerknüppel und dem Steuerorgan zwischengeschalteten Stellmotor, der von Steuersignalen fines Autopiloten betätigbar ist, da d arch ge Ic e η η ζ e i c h η e t, daß zwischen dem Stellmotor (26) und dem Steuerknüppel eine vom Piloten ubirsteuerbare und die KrSt vom Stellmotor(26) abstützende, kraftschlüssige Kupplung (30) vorgesehen ist, deren erstes Kupplungsteil (32) mit dem Steuergestänge (10, 14, 16, 22, 24ι vertunden ist und deren zweites Kupplungsteil (34) flug-

lungseinrichtung wahlweise Über ein Vorwärts- oder ein Ruckwärtsßetriebe mit einem Motor zeitweilig verbunden wird und so die Steuerfläche in die gewünschte Stellung ^^^^ΙΑ