DE1800866B2

DE1800866B2 - Hydraulischer Stellantrieb, Insbesondere für die Steuerung von Luft- und Raumfahrzeugen

Info

Publication number: DE1800866B2
Application number: DE1800866A
Authority: DE
Inventors: Holm Diethard 8000 Muenchen Boss
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1968-10-03
Filing date: 1968-10-03
Publication date: 1975-01-23
Also published as: GB1225937A; DE1800866A1; FR2022216A1; DE1800866C3

Description

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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stellantrieb, insbesondere für die Steuerung Von Luft" und Raumfahrzeugen, mit einer elekiro-hydraulischen Ansteuerung eines hydraulischen Stellmotors für den Nor-Rfäibetrieb, sowie einer parallelgeschalteten mechanischen Ansteuerung des Stellmotors für den Notbetrieb, welche bei Ausfall der elektro-hydraulischen Ansteuerung Ober eine Fehlerübefwachungseinrichtung eingeschaltet wird.

Die eiektro-hydraulische Ansteuerung stellt dabei

wie sie beispiels-

Ξ VeriagSlünchen 1963. beschneben sind, verwenden für das Reglersignal einen elektro-hydrauhschen sSlSbenV dessen mechanischer Ausren* mit dem _M mechanischen Pilotensignal addiert wird und damit den hydraulischen Stellantrieb steuert. Be. e.ner derartigen Einrichtung, bei der beide Systeme stets gleichzeitig ^Stellantrieb ansteuern, geht die mechanische Handsteuerung in die elektrische Steuerung ein. und be. ,5 Bruch des mechanischen Gestänges geht auch die elektrische Steuerung verloren.

Es ist auch bereit, eine Steuerung b^anntgeworden, bei der nach der eingangs beschriebenen Art das elektro-hydraulische System von dem mecha.^cnen ₃ystern getrennt ist, so daß kein Spiel im Gestänge w.rksam werden kann und bei Beschädigung bzw. Bruch des Gestänges die elektro-hydraulische Steuerung noch arbeitet (Sperry Phoenix Comp. Technical Report Nr. AFFDL-TR-67-53 v. Juni 1967: »Flight-by-Wire Techniques« von F. LM ill er und 1-E. Empfing er). Es ist jedoch bisher nicht gelungen, eine derartige Steuerung so aufzubauen, daß bei allen Steuerstellungen der Übergang von der elektrischen zur mechanischen Ansteuerung ohne Ruck vor sich g;ht. vielmehr ist ein ruckfreier Übergang nur in einer bestimmten Steuer stellung möglich. Außerdem liegt eine Gefahr d.eser bekannten Steuerung darin, daß mit dem Übergang von der die verschiedensten Flugparameter berücksichtigenden elektrischen Steuerung zur mechanischen Steuerung in der Regel eine Vergrößerung des Ausschlages der Steuerflächen usw. verbunden ist, was insbesondere beim Hochgeschwindigkeits- oder Tiefflug zu unkontrollierbaren Flugzuständen führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, pine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen welche bei Ausfall der elektrischen Steuerung in allen Steuerstellungen einen ruckfreien Übergang zur mechanischen Steuerung erlaubt und dem Piloten nach dem Umschalten eine Sicherheitsfrist gewahrt, mnerhalb derer -r das Fluggerät nicht übersteuern kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelost, daß das Signalausgangsgestänge der mechanischen Ansteuerung äich in zwei über ein Hebelgestänge miteinander verbundene Steuerstangen aufteilt, von denen die erste Steuefstäftge zur Betätigung eines Steuer-Schiebers zur Ansteuerung des Stellkolbens dient und die zweite einen in einem Zylinder geführten, beidseitig beaufschlagten Kolben trägt, und daß beiden Steuerstangen je eine lösbare Verriegelungskupplung zu-6s geordnet ist, wobei eine Verriegelungskupplung während des Nofmalbetriebe* die erste Steuerstange in einer Sollage blockiert und die zweite freigibt und während des Nötbetriebes die zweite Steuerstange blök-

kiert und die erste freigibt, und dafl die VerriegelungsiLpjung der zweiten Steuerstenge aus zwei beidseitig des Kolbens angeordneten, die Arbeitskammern begrenzenden Kupplungskolben bestehen, die zur Bloklierung der zweiten Steuerstange in Richtung auf den Kolben unter Abschluß je einer ölrücklaufleitung ver schiebbar sind, wobei ein zeitlich definierter Abbau des Druckes in den Arbeitskammern über in dem Kupplungskolben angeordnete Drosselblenden erfolgt

Eine derartige Anordnung erlaubt dem mechani· sehen Gestänge im Norm&lbetrieb einerseits eine Lceriiufbewegung über die frei bewegliche zweite Steuerstange, während andererseits der eigentliche Steuerschieber "tillgelegt ist Während des Notbetriebes bil det jedoch die zweite Steuerstange über den Kolben jdjd die zugehörige Verriegeluiigskupplung einen definierten Festpunkt, auf dem sich das mechanische jjteuergestänge abstützen kann. An den Stellkolben wird im Augenblick des Umschaltens unabhängig von ller Stellung beispielsweise des Steuerknüppels das am Steuerschieber fest eingestellte Steuersignal weitergegeben. Erst mit der zeitlich verzögerten Verschiebung des Kolbens in eine Sollage stellt sich im Zusammenwirken mit der mechanischen Rückführung eine Gleichgewichtslage ein, bei der der Steuerbefehl und die Stellung der Steuermittel, also beispielsweise der Flugzeugruder, wieder übereinstimmer·..

Nach einem Merkmal der Erfindung werden die Verriegelungskupplungen während des Normalbetriebes durch einen von der Fehlerüberwachungseinrichtung gesteuerten Halteöldruck entgegen der Kraft von Federn in ihrer Sollage gehalten. Das dazu erforderliche Drucköl wird aus dem ohnehin vorhandenen Hydraulikkreis für den Stellantrieb entnommen.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verriegelungskupplung aus zwei koaxial zu der ersten Steucstange angeordneten Kupplungskolben besteht, welche sich in der verriegelnden Stellung gegen einen Bund der Steuerstange anlegen.

Weiterhin ist insbesondere für die Höhensteuerung eines Flugzeuges erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Steuerschieber während des Normalbetriebes eine Steuerstellung im Sinne einer Abfangbewegung einirnimt Der Steuerausschlag ist so bemessen, daß beispielsweise bei Höchstgeschwindigkeit der kritische Abfangfall nicht überschritten wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt schematisch den Aufbau einer Höhenruder-Steuerung für Flugzeuge, bei der zur Übertragung der am Steuerknüppel 1 eingeleiteten Steuersignale zum hydraulischen Stellmotor 5 sowohl ein elektrisches als auch ein mechanisches Ansteuerungssystem vorgesehen sind. Im Normalbetrieb arbeitet das mechanische System im Leerlauf, während das elektrische System die Steuerung übernimmt. Über den Steuerknüppel 1 betätigt der Pilot den elektrischen Ge_: ber 2, dessen Ausgang mit dem Eingang des Flugreglers 3 verbunden ist Die elektrischen Ausgangssignale des Flugreglers 3 werden in einem elektro-hydraulischen Servo-Ventilblock 4 eingegeben, wo sie in die hydraulischen Signale zur Ansteuerung des Stellmotors S umgewandelt werden. Zwischen dem Servo-Ventil· block 4 und dem Stellantrieb 5 ist ein Systemumschaltef 6 angeordnet, welcher dus jeweils in Funktion befindliche Ansteuerungssystem einschaltet und das ändert sperrt Dieser Systemutneühalter 6 wird seinerseits von einer hydraulischen Fehlerüberwachungseinheit 7, welche die Funktion des Servo-Ventilblockes 4 Operwacht, angesteuert

Das übersetzungsverhältnis zwischen dem Aus-, schlag am Steuerknüppel 1 «nd dem Ausschlag der durch den Stellmotor 5 betätigten Ruderfläche 8 kann durch Wirkung des Flugreglers 3 in Abhängigkeit von der Flugdynamik verändert werden, wie durch die Flugdatenerfassungseinheit 9 schematisch angedeutet wurde. Durch die Reglerwirkung kann beispielsweise bei konstantem Knüppelausschlag der Ausschlag an der Steuerfläche 8 mit zunehmendem Staudruck verringert werden.

Weiterhin ist ein Autopilot 10 sowie eine elektrische Rückführung 11 vorgesehen, deren Signale in einem Summierungspunkt 12 mit dem Ausgangssigna] des Flugreglers 3 summiert werden.

Bei Normalbetrieb, d. h. also bei elektrischer Steuerung, arbeitet das mechanische System im Leerlauf. Die Stoßstange 13 überträgt die Bewegungen des Steuerknüppels 1 auf einen Hebel 14, an df ssen einem Endpunkt 15 eine mechanische Rückführurν 16 und an dessem anderem Endpunkt 17 ein Signaleingpngsgestänge 18 angelenkt ist. Diese ist mit einem zweiarmigen Hebel 19 gelenkig verbunden, der seinerseits mit zwei Steuerstargen 20,23 gelenkig verbunden ist, von denen die erste S.;euerstange 20 zur Betätigung des Steuerschiebers 21 dient, während die zweite Steuerstange 23 einen Kolben 24 trägt. Der Steuerstange 20 ist eine Verriegelungskupplung 30,31, der Steuerstange 23 eine Verriegelungskupplung 25, 26 zugeordnet Beide Verriegelungskupplungen sind in der Stellung gezeigt, welche sie bei Normalbetrieb einnehmen. Durch den von der Fehlerüberwachungseinrichtung 7 gesteuerten Haltedruck wird die Verriegelungskupplung 30, 31 in ihrer die Steuerstange 20 blockierenden Lage, die Verriegelungskupplung 25, 26 in ihrer geöffneten Lage festgehalten. Der Gelenkpunkt 27 stellt auf diese Weise einen festen Drehpunkt für den Hebel 19 dar, währen i der Gelenkpunkt 28 frei beweglich ist. Der Kolben 24 kann das in den Kammern 29 befindliche öl frei verdrängen, weil beide Kammern 29 mit dem Rücklauf R des hydraulischen Versorgungskreises verbunden sind. Auf diese Weise kann die durch den Flugregler 3 verursachte Differenz zwischen der Stellung des Steuerknüppels 1 und der Ruderfläche 8 über die Rückführung 16 und die Bewegung der Steuerstange 23 ausgeliehen werden. Der Steuerschieber 21 wird durch die Verriegelungskupplung 30,31 in einer Stellung festgehalten, durch die nach dem Umschalten von der elektrischen auf die mechanische Steuerung am Ausgang des Steuerschiebers ein Abfangssignal erzeugt wird.

Bei Ausfall der elektrischen Steuerung löst die Fehlerüberwachungseinheit eine automatische Umschaltung vom elektrischer* System auf das mechanische System aus. Durch den Zusammenbruch des am Ausgang der Fehlerüberwachungseinheit 7 anliegenden öldrukkes schaltet der Systeimumschalter 6 die vom Steuerschieber 21 ausgehenden Stsuerleitungen ein und sperrt die vom Servo-Ventilblock 4 ausgehenden Steuerleitungen. Im Augenblick des Umschaltens auf die mechanische Notsteuerung wird damit über den Steuerschieber 21 e^:n definierbares Signal im Sinne einer Abfangsteuerung an die Ruderfläche 8 gegeben.

Mit dem Zusammenbruch des Haltedruckes, welcher die Verriegelungskupplungen 29,26,30,31 in den in der Zeichnung dargestellten Lagen hält ist die Verriegelungskupplung 30, 31 und damit die Bewegung des

Steuerschiebers 21 frei, und die Verriegelungskupplung 25, 26 fixiert den Trimmkolben 24 in der augenblicklichen Stellung. Dies geschieht in der Weise, daß die Kupplungskolben der Verriegelungskupplung 23,26 zunächst unter federdruck nach innen verschoben werden, bis sie die Verbindungsöffnungen zum Rücklauf R Oberdecken und den Kolben 24 mit der Kraft der Kupplurigsfedem in das vorhandene ölvolumen einspannen. Ober in den Kupplungsboden angeordnete Drosseiblenden 32 wird das eingespannte ölvolumen durch die Kraft der Kupplungsfedem in einer definierbaren Zeit verdrängt Dadurch wird der Trimmkolben 24 langsam in Mittelstellung gebracht, und die durch die Reglerwirkung verursachte Differenz zwischen Steuerknüppel 1 und Ruderfläche 8, wie sie in· Augenblick des Umschalter^ gerade vorlag, wird beseitigt. Der Pilot kann diese langsame Trimmbewegung bequem ausgleichen. Die Wirkungsweise der gesamten Einrichtung ist also nach Vorbeschriebenem derart, daß für jede Steuerstellung des Steuerknüppels 1 bei Ausfall der elektrischen Steuerung das Ruder 8 zunächst eine Stellung im Sinne einer Abfangbewegung einnimmt, wodurch insbesondere bei Tiefflugaufgaben der Pilot ge-

nügend Zeit erhält, sich auf die veränderte Lage einzustellen. Die durch den Regler 3 verursachte Differenz zwischen Knüppelstellung und Ruderstellung wird zudem nicht ruckweise ausgeliehen, sondern in einer durch die Bemessung der Drosselblende 32 bestimmba-

■ S ren Zeitspanne.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

18 OO Patentansprflche: Normalbetrieb von Steuer-

1. Hydraulischer Stellantrieb, insbesondere für die Steuerung von Luft- und Raumfahrzeugen mit einer elektro-hydrauüschen Ansteuerung eines hydraulischen Stellmotors für den Normalbetrieb, sowie einer parallelgeschalteten, mechanischen Ansteuerung des Stellmotors for den Notbetrieb, welche bei Ausfall der elektro-hydraulischen Ansteuerung Ober eine Fehlerüberwachungseinrichtung eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Signaleingangsgestänge (18) der mechanischen Ansteuerung sich in zwei über ein Hebelgestänge (19) miteinander verbundene Steuerstangen (20,23} aufteilt, von denen die erste Steuerstange (20) zur Betätigung eines Steuerschiebers (21) zur Ansteuerung des Stellkolbens (5) dient und die zweite (23) einen in einem Zylinder geführten, beidseitig beaufschlagten Kolben (24* trägt, und daß beiden Steuerstangen (20, 23) je eine lösbare Verriegelungskupplung (25, 26; 30, 31) zugeordnet ist, wobei eine Verriegelungskupplung (30, 31) während des Normalbetriebes die erste Steuerstange (20a) in einer Sollage blockiert und die zweite (23) freigibt und während des Notbetriebes die zweite Steuerstange (23) blokkiert und die erste (20) freigibt, und daß die Verriegelungskupplung (25, 26) der zweiten Steuerstange (23) aus zwei beidseitig des Kolbens (24) angeordneten, die Abeitskammern (29) begrenzenden Kupplungskolben bestehen, die zur Blockierung der zweiten Steuerstange (23) in Rk htung auf den Kolben (24) unter Abschiuß je einer ülrücklaufleitung (R) verschiebbar sind, wobei ein seitlich definierter Abbau des Druckes in den Arbeitskammern (29) über in den Kupplungskolben angeordnete Drosseiblenden (32) erfolgt.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungskupplungen (25, 26; 30, 31) während des Normalbetriebes durch einen von der Fehlerüberwachungseinrichtung (7) gesteuerten Halteöldruck entgegen der Kraft von Federn in ihrer Sollage gehalten werden.

3. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungskupplung (30, 31) aus zwei koaxial zu der ersten Steuerstange (20) angeordneten Kupplungskolben besteht, welche sich in der verriegelten Stellung gegen einen Bund der Steuerstange (20) anlegen.

4. Stellantrieb n&ch den Ansprüchen 1 und 3 für die Höhensteuerung eines Flugzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (21) während des Normalbetriebes in einer Steuerstellung im Sinne einer Abfangbewegung blockiert ist.

dient und so

daß e.ne