DE1781220C3 - Flugzeugsteuereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flugzeugsteuereinrichlung mit einem vom Piloten betätigbaren Steuergestänge und mit einem in dem Steuergestänge zwitchen dem Steuerknüppel und dem Steuerorgan zwifchengeschalteten Stellmotor, der von den Steuertignalen eines Autopiloten betätigbar ist.

Es ist eine derartige kombinierte automatische Hanuelle Steuervorrichtung bekannt, bei welcher das vom automatischen Piloten erzeugte Steuersignal mit Hilfe eines Stellmotors uno einer Kupplungsvorrichtung in das Steuergestänge eingeführt wird. Die Kupplungsvorrichtung kann dabei vom Piloten übersteuert werden. Eine derartige Steuervorrichtung ist jedoch verhältnismäßig aufwendig konstruiert.

Bei einer anderen kombinierten automatischmanuellen Flugzeugsteuervorrichtung wird das vom automatischen Piloten erzeugte Steuersignal durch eine Stellvorrichtung, welche z. B. in den Übertragungsweg vom Steuerknüppel zu einer Steuerfläche eingefügt ist, in das Steuergestänge übertragen. Diese Steuervorrichtung umfaßt eine ein Teil der vom Steuerknüppel ausgehenden Steuerstange bildende, gegenüber dem Gehäuse der Stellvorrichtung verstellbare Spindel. Diese wird verstellt, indem sie mittels einer vom automatischen Piloten gesteuerten Kupplungseinrichtung wahlweise über ein Vorwärts- oder ein Rückwärtsgetriebe mit einem Motor zeitweilig verbunden wird und so die Steuerfläche in die gewünschte Stellung gebracht wird. Dabei wird der automatische Pilot immer dann abgeschaltet, wenn der Pilot den Steuerknüppel verstellt Der Nachteil dieser Steuervorrichtung besteht darin, daß Rückwirkungen der Betätigungsvorrichtung auf den Steuerknüppel auftreten können, so daß sich die im Zeitpunkt der Übersteuerung bestehende Einstellung des gesteuerten Gliedes verändern kann und vom Piloten zusätzlich ausgeregelt werden muß.

Der Erfindung Uegt die Aufgabe zugrunde, eine Flugzeugsteuereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einfach aufgebaut ist und bei der vermieden ist, daß die von der automatischen Betätigungsvorrichtung herrührende Reaktionskraft auf den Steuerknüppel übertragen wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß zwischen dem Stellmotor und dem Steuerknüppel eine vom Piloten übersteuerbare und die Kraft vom Stellmotor abstützende, kraftschlüssige Kupplung vorgesehen ist, deren erstes Kupplungsteil mit dem Steuergestänge verbunden ist und deren zweites Kupplungsteil flugzeugfest ist.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.

F i g. 1 zeigt eine Flugzeugsteuereinrichtung;

F1 g. 2 ist eine Kurvendarstellung der Rutschkrait der Kupplung als Funktion der Steuerspannung;

F i g. 3 ist ein Funktionsschaltbild der Steueranordnung für die Betätigungsvorrichtung und die Kupplung.

Fig. 1 zeigt eine Flugzeugsteuereinrichtung zur Verwendung in irgendeinem der Steuerkanäle eines Flugzeuges, bei dem ein Stabilisier- oder Navigationssignal aufgeprägt werden soll. Da die Steuereinrichtung besonders nützlich ist bei Gierungsstcuerungs-Dämpfungssystemen, ist ein entsprechendes Steuergestänge gezeigt, das von dem Steucrpcdal des Piloten ausgeht und zu dem Gierungssteuerungsmechanismus führt. Von dem Pedal führt eine Eingangsstange 10 zu einer Kurbelhebelanordnung 12 mit einem Eingangsarm 14, der an einer in zwei Lagern 18 und 20 gelagerten Stange 16 befestigt ist. Die Lager 18 und und 20 sind fest an den Bauteilen des Flugzeuges befestigt. Ferner ist ein Ausgangsarm 22 auf der drehbaren Stange 16 befestigt und überträgt die Gierungssteuerungsbefehle 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, kraftschlüssige Rutschkupplung 30 verbunden. Die Ausdrücke »Kupplung« und »Bremse« sollen im folgenden gleichbedeutend sein. Die Rutschkupplung 30 weist ein drehbares erstes Kupplungsteil 32 auf, das mit der Stange 16 verbunden ist, und ein zweites Kupplungsteil 34, welches flugzeugfest ist. Die Rutschkupplung 30 ist eine magnetische Trockenpulverkupplung, welche zwischen den Teilen 32 und 34 ein Drehmoment überträgt, welches proportional dem an die Erregerspulen angelegten elektrischen Steuersignal ist. Wenn das Steuersignal zunimmt, nimmt auch das Rutschmoment der Kupplung zu. Derartige Kupplungen sind an sich bekannt.

Der Stellmotor 26 kann ein elektrischer Motor sein chen Geschwindigkeit entsprechenden Signale den in Verbindung mit einem gewindeartigen Ausgangs- Stellmotor 26 beeinflussen. Der Filter kann auch eine glied. Der Stellmotor 26 ist bei Abwesenheit eines Verzögerung in das Steuersignal einführen, um eine Steuersignals selbstverriegelnd, und das Ausgangs- verzögerteÜbertragungscharakteristikdesDämpfungsglied ist in bezug auf das Gehäuse des Stellmotors 5 systems zu erzielen. Die typische Übertragungsfunkbewegbar, wenn ein Steuersignal an demselben an- tion für das Dämpfungssystem ist
liegt. Der Stellmotor bildet daher sin dehnbares Glied κ,

in Reihe mit dem Piloten-Steuergestänge. Steuer- r·

signale, die von einem Steuerinstrument abgeleitet ^T*

sind, etwa von einem Gierungs-Geschwindigkeits- io Ein typischer Wert für die Zeitkonstante τ ist etwa

kreisel, gelangen an den Stellmotor und addieren sich 1 Sekunde. Solange der Rest der Servosteuerungen

zu den Steuersignalen des Piloten. Da der Stellmotor eine schnelle Änderung erzeugt, kann die Verzöge-

normalerweise sehr kleine Steuersignale eingibt und rung dadurch erzielt werden, daß der Wert T₁ des

da der Pilot immer in der Lage sein sollte, die Wir- Filters gleich einer Sekunde eingestellt wird. Die

kung des Stellmotors aus Sicherheitsgründen zu 15 Systemübertragungsfunktion kann daher in erster

überwinden, kann dessen Verstellmöglichkeit auf Linie durch das Hochpaßfilter 48 hergestellt werden.

+15 °/o der Steuerungsmöglichkeit des Piloten be- Das Steuersignal V_x an dieser Stelle gelangt durch

grenzt sein. einen Summierverstärker 50, einen Vorverstärker 52

Es ist ersichtlich, daß von dem Stellmotor 26 er- und einen Verstärker 54 an die Servobetätigungsvorzeugte Kräfte über die Druckstange 24, die Kurbel- ao richtung 56 und ein Getriebe 58. Die Begrenzungshebelanordnung 12 und die Eingangsstange 10 rück- charakteristik des Gliedes 58 stellt die Übertragungswirken würden, wenn nicht irgendein Mechanismus grenze der Betätigungsvorrichtung 56 dar. Die Auszwischen dem Stellmotor 26 und dem Piloten vor- gangskraft der Betätigungsvorrichtung 56 wird in der gesehen wäre, um diese Steuerkräfte gegen den Flug- Serienführungsform (F i g. 1) zu der Kraft 60 in dem zeugrahmen od. dgl. abzuleiten. Demgemäß ist die »5 Piloten-Steuerungsgestänge an der mechanischen Rutschkupplung 30 zwischen dem Stellmotor 26 Summierstelle 62 hinzugegeben, so daß der Gierungsund dem Piloten angeordnet und absorbiert irgend- Steuerungsmechanismus von der kombinierten Kraft welche Steuerkräfte, die von dem Stellmotor 26 er- 64 beeinflußt wird.

zeugt werden. Da die Rutschkupplung 30 direkt an Vom Ausgang der Betätigungsvorrichtung führt einer Stelle in dem Piloten-Steuergestänge angeordnet 30 eine Gegenkopplungsschleife weg mit einem linearen ist, setzt sie auch den vom Piloten ausgeübten Steuer- variablen DirTerentialtransformator 66, einem Demokräften einen Widerstand entgegen bis zu dem einge- dulator 68 und einem Gegenkopplungsverstärker 70. stellten Rutschmoment. Falls die Verzögerung nicht durch den Hochpaßfilter

Wie bereits erwähnt, wird das Rutschmoment der 48 erzeugt wird, kann ein Verzögerungsnetzwerk 72

Kupplung gesteuert. Da die Steuerkräfte zwischen 35 in der Gegenkopplungsschleife vorgesehen sein, um

dem Stellmotor 26 und dem Steuergestänge, das an das Signal in der Vorwärtsschleife zu dem Steuer-

dcn Gierungssteuerungsmechanismus führt, im allge- system zu verzögern. Wenn τ,, τ_? und T₃ in der Größe

meinen direkt proportional zu dem von dem Stell von Vioo see liegen, läßt sich die Verstärkung K_{1B 2}/

motor 26 eingegebenen Steuersignal sind, kann die Knti ^zur Erzielung dieser Verzögerung verwenden.

Ri 'schkupplung 30 auch von demselben Steuersignal 40 In dem typischen Fall wäre dieser Fall etwa eine Se-

be- nflußt werden, um ein Rutschmomen· einzustel- künde.

len, das an die Steuerkräfte angepaßt ist oder diese Das Steuersignal für die Rutschkupplung wird von geringfügig übersrhreitet, die sonst vom Piloten auf- dem Ausgang V_x des Hochpaßfilters 48 abgenommen, genommen werden müßten. Durch Begrenzung des Das Signal gelangt über einen Vorverstärker 74 und Drehmoments, das die Kupplung ohne Rutschen 45 einen Verstärker 76 an einen Begrenzer 78. Aus übertragen kann, ist der Pilot jederzeit in der Lage, Sicherheitsgründen sollte der Pilot immer in der Lage mit geringstmöglichem Aufwand gegen die Wirkung sein, die von der Servobetätigungsvorrichtung eingedes Steuermotors 26 zu steuern, ohne daß jedoch führten Signale überwinden zu können. Aus diesem schädliche rückwirkende Kräfte oder Bewegungen Grund ist der Begrenzer78 in das System einbezogen, durch den Stellmotor 26 erzeugt werden. Da Stabili- 50 Durch Begrenzen der Höhe des Signals, das von dem siersignale gewöhnlich intermittierend sind, wirkt die Verstärker 76 an die Rutschkupplung 30 gelangt, beintermittierende Betätigung der Kupplung 30 nicht grenzt der Begrenzer 78 die maximal auf die Pedale auf die Steuerungsreaktion des Piloten-Steuergestänges wirkende Kraft, typischerweise 7 kg, so daß die zurück. Rutschkupplung 30 durchrutscht. Die Begrenzung

F i g. 3 zeigt das Funktionsschaltbild einer Flug- 55 kann jedoch auch durch eine Sättigung des Verstärzeugsteuereinrichtung, die sich für Giemngsgeschwin- kers 76 erreicht werden, so daß eine besondere Bedigkeitsdämpfungssteuersysteme verwenden läßt. Es grenzschaltung nicht mehr erforderlich ist.
ist ein Giergeschwindigkeitskreisel 44 als erste Steuer- Die gestrichelten Linien, die die Rutschkupplung signalquelle vorgesehen. Dieser Kreisel 44 erzeugt ein 30 zwischen dem mechanischen Summierpunkt 62 Signal, das proportional der Richtungsänderung des 60 und den Eingängen von den Pedalen und dem Flug-Flugzeuges ist. Das Signal wird auf einen Demodu- zeugrahmen verbinden, stellen die Kraitübertragungslator 46 gegeben und gelangt an ein Hochpaßfilter wege zwischen diesen Bauteilen dar. Die Betriebs-48, um die Konstantgeschwindigkeitssignale zu elimi- eigenschaften der Rutschkupplung 30 sind durch die nieren. Diese Signale werden z. B. erzeugt, wenn der Kurvendarstellungen in derselben angegeben. Es Pilot eine Wendung durchführt. Gegensinnige Signale 65 kann eine statische Spannkraft 82 bei der Rutschvon einem Geschwindigkeitskreisel wären in der- kupplung 30 vorgesehen sein. Diese Spannkraft 82 artigen Fällen nicht erwünscht. Die differenzierende ermöglicht, daß die Rutschkupplung auf sehr kleine Eigenschaft des Filters verhindert, daß die einer glei- Steuersignale nicht anspricht, die nur Kräfte in dem

Stellmotor 26 erzeugen würden, welche von der Last steht. Bei den meisten Systemen ist dies nicht

Spannkraft ausgeglichen werden. Diese Eigenschaften zulässig, wenn nicht eine höhere statische Spannkraft

sind in F i g. 2 in Absolutwerten für die Steuerspan- den größten Teil dieser Gegenkopplungskräfte auf-

nung V₁ dargestellt. Die Haltekraft F_B der Rutsch- fängt.

kupplung 30 ist Null für Eingangssignale von Null 5 Ferner kann die Rutschkupplung 30 bei maximaler

bis K₁₀. Für Steuersignale zwischen F₁₀ und V_{B MAX} Haltekraft, insbesondere für eine Gierungsdämpfung

entsprechend der Bemessung des Begrenzers 78 nach F i g. 3, verriegelt werden. Wenn nämlich der

nimmt die Haltekraft der Kupplung 30 proportional Pilot längs eines bestimmten Kurses mittels des Auto-

von der Stelle α bis zur Stelle b zu. Der tote Bereich piloten fliegt, ist eine Übersteuerung des Stellmotors

kann durch Dioden in dem Verstärker 78 hergestellt io 26 durch den Piloten nicht erforderlich, so daß die

sein oder durch eine hohe Schwellenspannung der Haltekraft der Kupplung 30 auf den maximalen Wert

Rutschkupplung 30. Ein parallel zu dem Piloten- eingestellt werden kann.

Steuerungsgestänge arbeitender Stellmotor 26 kann Dies ist durch einen Kursverriegelungsschalter 84 nicht von einer Spannkraft zur Unterstützung der realisiert, der von einer nicht dargestellten Energie-Steuerkräfte des Stellmotors 26 abhängen und daher 15 quelle ein Kurssteuerinstrument speist, etwa einen ergibt sich eine Kurve, wie sie in Fig. 3 gestrichelt magnetischen Kreiselkompaß 86. Das Steuersignal dargestellt ist. des Kreiselkompasses 86 gelangt an einen Summier-

Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird verstärker und beeinflußt den Stellmotor 56, 58 zur das die Rutschkupplung 30 steuernde Signal direkt Steuerung des Gierungssteuermechanismus. Zugleich von einem Hochspannungsausgang des Transforma- ao mit der Speisung des Kompasses 86 durch den Schaltors 66 abgeleitet. Der Nachteil dieser Signalablei- ter 84 gelangt die Speisespannung auch über die Leitung besteht darin, daß eine Verzögerung der Kupp- tung 88 an den Verstärker 76 und steuert den Auslungsbetätigung von der Servobetätigungsvorrichtung gang des Begrenzers auf die maximale Spannung und 56 herrührt. Wenn die statische Spannkraft genügend verriegelt die Rutschkupplung 30. Da das Signal über groß ist, um geringe von der Betätigungsvorrichtung 35 den Begrenzer 78 zugeleitet wird, wird die Rutschanfänglich erzeugte Kräfte zu halten, erweist sich kupplung 30 nur bei einer vorbestimmten Haltekraft diese Verzögerung in der Betätigung jedoch nicht als verriegelt, welche ermöglicht, daß der Pilot die Wirschädlich, kung der Rutschkupplung 30 im Ernstfall überwinden

Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Si- kann. Wenn diese bei dieser Haltekraft verriegelt gnal von dem Vorverstärker 52 abgeleitet. Der Nach- 30 wird, gelangen Steuerkräfte, welche von dem Stellteil dieser Signalableitung besteht jedoch darin, daß motor erzeugt werden, an den Gierungssteuermechadas Signal eine umgekehrte Charakteristik aufweist, nismus und halten das Flugzeug auf Kurs. Wenn dei die durch das Gegenkopplungsnetzwerk erzeugt ist. Pilot wieder die Steuerung des Flugzeugkurses über-Diese umgekehrte Charakteristik des Signals bewirkt, nehmen will, öffnet er den Schalter 84 und unterdaß die Haltekraft der Kupplung durch Null geht bei 35 bricht so die Speisung des Kompasses 86 und dai einer Stellung, in der die Betätigungsvorrichtung unter Verriegelungssignal von dem Verstärker 76.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flugzeugsteuereinrichtung mit einem vom Piloten betätigbaren Steuergestänge und mit einem in dem Steuergestänge zwischen dem Steuerknüppel und dem Steuerorgan zwischengeschalteten Stellmotor, der von Steuersignalen eines Autopiloten betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stellmotor to (26) und dem Steuerknüppel eine vom Piloten übersteuerbare und die Kraft vom Stellmotor (26) abstützende, kraftschlüssige Kupplung (30) vorgesehen ist, deren erstes Kupplungsteil (32) mit dem Steuergestänge (10, 14, 16, 22, 24) verbunden ist und deren zweites Kupplungsteil (34) flugzeugfest ist.

2. Flugzeugsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kupplung (30) übertragbare Kraft durch eine Steuer- »o einrichtung (74, 76, 78) in Abhängigkeit von den den Stellmotor (26) steuernden Steuersignalen so einstellbar ist, daß sie vom Piloten mit geringstmöglichem Aufwand überwindbar ist.

3. Flugzeugsteuereinrichtung nach Anspruch 2, as dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kupplung (30) übertragbare Kraft den Steuersignalen proportional ist.

4. Flugzeugsteuereinrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stellmotor (26) Steuersignale von einem Meßgeber für Lageregelung zugeführt werden.

5. Flugzeugsteuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgeber ein Giergeschwindigkeitskreisel (44) ist, der über einen mit der Steuereinrichtung (74, 76, 78) ein- und ausschaltbaren Flugzeugkurssteuerkreis an den Stellmotor (26) anschließbar ist.