DE1781220C3 - Flugzeugsteuereinrichtung - Google Patents
FlugzeugsteuereinrichtungInfo
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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,
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 Vx 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 K1B 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 Vx 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
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 FB 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 VB 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)
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.
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