DE1802255C2

DE1802255C2 - Geschwindigkeitsregler fuer Flugzeuge

Info

Publication number: DE1802255C2
Application number: DE19681802255
Authority: DE
Inventors: Buchholz Dipl-Ing Hans-Dieter; Reerink Dipl-Ing Hans-Peter
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1968-10-10
Filing date: 1968-10-10
Publication date: 1971-01-21
Also published as: DE1802255B1; US3633854A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Geschwindigkeits- einem Geschwindigkeitsmeßwort wird bei Abregler für Flugzeuge, durch den in Abhängigkeit von weichung von dem Sollwert eine Geschwindigkeitseinem Geschwindigkeitsmeßwert (ζ, B. Staudruck stellgröße verändert, beispielsweise der Triebwerkoder Anstellwinkel) über einen Stellmotor eine schub. Hierdurch wird der Geschwindigkeitsmeßwert Geschwindigkeitsstellgröße zur Regelung der Flug- S auf einem vorgegebenen Sollwert gehalten, Wenn die geschwindigkeit gegenüber der umgebenden Luft Regelabweichung, also die Differenz zwischen dem veränderbar ist und bei welchem bei Auftreten oder Geschwindigkeitsmeßwert und dem eingestellten Überschreiten bestimmter Störungen ein vorgegebe- Sollwert ein bestimmtes vorgegebenes Maß übernes Steuerprogramm auf den Regler aufschaltbar ist. schreitet, welches durch den Schwellwertfühler be-Bei Geschwindigkeitsreglern tritt stets das Problem iö stimmt ist, dann wird auf den Stellmotor bzw. einen auf, bei dem Regelvorgang eine übermächtige Schub- dem Stellmotor vorgeschalteten Verstärker ein von unruhe zu vermeiden. Es muß vermieden werden, der Regelung unabhängiges Zusatzsignal aufgedaß in schnellem Wechsel starker Schub mit starken schaltet. Dieses Zusatzsignal bewirkt eine zusätzliche Triebwerksgeräuschen und dann stark verminderter Schuberhöhung oder Schubverminderung, so daß das Schub aufeinanderfolgen. Eine solche Schubunruhe 15 Flugzeug unabhängig von dem Arbeiten des normabringt einmal erhöhten Brennstoffverbrauch und len Regelkreises mit seiner Geschwindigkeit zu dem erhöhten Verschleiß mit sich, zum anderen wird es Sollwert zurückgeführt wird.

von den Insassen des Flugzeugs als sehr unangenehm Vorteilhaft ist es, wenn dem Geschwindigkeitsempfunden. Letzteres ist insbesondere in der zivilen meßwert im Regler ein Signal von einem Luftfahrt von entscheidender Bedeutung. Man muß 2° Längsbeschleunigungsmesser überlagert ist. Diese daher den Geschwindigkeitsregler tunlichst relativ Maßnahme ist bei einem bekannten Geschwindig- »weich« auslegen. Andererseits ist es aber wichtig, keitsregler vorgesehen worden, um den Einfluß kurzdaß bestimmte vorgegebene Mindestgeschwindig- zeitiger Böen auf die Schubverstelluag zu unterkeiten, die sich aus Flugzeuggewicht und gegebenen- drücken, ßei Verwendung eines Stellmotors ohne falls Landeklappenstellung ergeben, nicht unter- «5 Stellungsrückführung und einem Regier mit einem schritten werden. Längsbeschleunigungssignal erfolgt dann praktisch

Man muß insbesondere beim Landeanflug dafür eine Rückführung über die Flugzeugbeschleunigung,

sorgen, daß die Fluggeschwindigkeit hinreichend Das Flugzeug wird, derart beschleunigt, daß das

oberhalb derjenigen Geschwindigkeit Hegt, bei Längsbeschleunigungssignal dem aufgeschalteten

welcher die Strömung abreißt. Beim Reiseflug ist 30 Zusaizsignai die Waage hält.

es darüber hinaus wesentlich, daß eine bestimmte Durch die Aufschaltung des Zusatzsignals wird

Machzahl nicht überschritten wird. die Geschwindigkeit des Flugzeugs so verändert,

Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, zusatz- beispielsweise erhöht, daß schließlich der vorlich zu dem Regler ein Steuerprogramm vorzusehen, gegebene Schweüweri der Regelabweichung wieder weiches bei Eintreten oder Überschreiten bestimmter 35 unterschritten wird (z. B. eine kritische Mindest-Störungen nach empirischen Werten unabhängig von geschwindigkeit wieder überschritten wird). Wenn in der Regelung abläuft. Es kann dann der Regler diesem Zeitpunkt das Zusatzsignal schlagartig abgerelativ v/eich eingestellt werden, so daß ein zu starkes schaltet würde, so brächte dies eine relativ starke oder zu schnelles Ansprechen auf Regelabweichun- Verzögerung und eine relativ schnelle Zurückführung gen oder Beschleunigungen vermieden wird. Wenn 40 der Geschwindigkeitsstellgröße, z. B. der Gashebeljedoch bestimmte, z. B. von dem Piloten eingeleitete stellung, auf den ursprünglichen Wert mit sich. Das Störungen auftreten, die der normale, weich ausge- führt zu Schubunruhe und könnte bewirken, daß der legte Regelkreis nicht hinreichend beherrscht, dann Schwellwert der Regelabweichung erneut übererfolgt ein Eingriff nach einem vorgegebenen Pro- schritten würde. Aus diesem Grunde wird in v/eiterer gramm, und zwar in einem offenen Kreis. Durch 45 Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß nach diesen Eingriff wird das Flugzeug In einen Zustand Unterschreiten der besagten vorgegebenen Regelgebracht, den der normale Regelkreis des Geschwin- abweiefouag das Zusatzsigm nicht schlagartig, digkeitsreglers darm wieder beherrschen kann. sondern nach einem bestimmten Programm auf Null

Die vorliegende Erfindung betrifft eine spezielle abklingt.

Anwendung des geschilderten Grundgsdsskess. So Bei sehr kurzen Überschreitungen des besagten

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, bei vorgegebenen Wertes der Regelabweichung könnte

einem Geschwindigkeitsregler eine zusätzliche Sicher- es allerdings vorkommen, daß die Abklingzeit größer

heit gegen gefährlich große Regelabweichungen zu wird als die Zeit, während welcher der besagte vor-

schaffen. gegebene Wert der Regelabweichung überschritten

Der Erfindung liegt speziell die Aufgabe zugrunde, S5 ist. Es würde dann ein unnötig starker Eingriff er-

das Unterschreiten bestimmter Mindestgeschwindig- folgen. Da3 kann in weiterer Ausbildung der Er-

ketten unterhalb des Gesdiwindigkeitssoliwertes zu fmdung dadurch vermieden werden, daß die Abkling-

verhizidern. zeit von der Zeitdauer des Überschreitens der

Ausgehend von einem Geschwindigkeitsregler der besagten votgegebenen Regelabweichung abhängig

eingangs erwähnten Art besteht die Erfindung darin, Go gemacht ist.

daß bei Überschreiten einer vorgegebenen Rege!- Bei einer bevorzugten Anwendung der Erfindung

abweichung über einen Sehwellwertfünler ein der erfolgt die Aufschaltung des Zusatzsignais nur bei

Regelabweichung entgegenwirkendes /^usaizsignsS Obctsctncnsn einer vorgegebenen Regelabweichung

auf den Stellmotor bzw. einen vorgeschalteten Ver- nach isnten (Unterschreiten einer bestimmten Flug-

starker aufschaltbar ist. §s geschwindigkeit). Dadurch wird eine Sicherheit

In einem gewissen, durch den SeSiwelJwertfühler dagegen gewonnen, daß die Fluggeschwindigkeit auf

gegebenen Bereich arbeitet dfö Regier in üblicher einen Weit - absinkt, bei welchem die Strömung

Weise mit einem geschlossenen Regelkreis. Ston ' abreißt.

3 '4

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme gegeben werden, wobei zu bemerken ist, daß die hier aui die Zeichnungen näher erläutert, benutzton Signale Gicichstromsignalc sind, Wenn das

F i g. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Geschwin- auf den Trigger 30 gegebene Signal einer SoHwcrtdigkeitsreglers nach der Erfindung; unterschreitiing von -2,5 Knoten entspricht, kippt

F i g. 2 zeigt die Schaltungsanordnung zur Er- 5 der Trigger in den labilen Zustand und liefert eine zeuguiig des dem Triggersignal bei der Anordnung bestimmte Ausgangsspannung. Diese Ausgangs» von Fig. 1 hinzugefügten Ablingpulses; spannung wird auf den Eingang des zweiten MiscV

Fig. 3 veranschaulicht die Erzeugung des Ab- Verstärkers 22 gegeben und dem Signal von dem klingjuilses in Abhängigkeit von der Zei' '? ;r des normalen Geschwindigkeitsreglerkanal 14 überlagert, Triggersignals; io Dieses konstante Signal, gegenüber weichem das

F i g. 4 bis 7 sind beispielsweise Signalverläufe und Signal aus dem Kanal 14 im wesentlichen vernachyeranschauHcben die Wirkungsweise des Geschwin- lässigbar ist, bewirkt über den Misclivcrstärker 22 digkeitsreglers von Fig. 1. den Antrieb des Stellmotors 24 und eine Verstellung,

An dem Geschwindigkeitsregler wird ein Soll- z. B. des Gashebels. Hierdurch wird das Flugzeug wert w eingestellt und einem Geschwindigkeits- »5 beschleunigt. Es tritt ein Beschlcunigungssignal χ auf, meßwert ν entgegengeschaltet. Der Geschwindig- welches über Mischverstärker 18 und Filter 20 im keitsmeßwert kann beispielsweis" durch den Stau- Kanal 14 schließlich dem Triggersignal am Eingang druck gegeben sein. In dem Blockschaltbild wird der des zweiten Mischverstärkers 22 entgegenwirkt. Es "Geschwindigkeitsmeßwert ν von dem Flugzeug 10 erfolgt also eine Gegenkopplung über die BeschSeuniabgenommen und bei Vl von dem Geschwindigkeits- 20 gung des Flugzeugs, so daß das Triggersignal 30 sollwert w subtrahiert. Die Regelabweichung J ν wird praktisch eine konstante Zusatzbeschleunigung einauf zwei Kanäle gegeben, die mit 14 und 16 bezeich- leitet. Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist, baut sich das net sind. Kanal 14 bildet einen Teil des normalen Beschleunigungssignal λ natürlich erst allmählich linearen Geschwindigkeiisreglers und enthält einen auf, entsprechend der Zeitkonstante des Regelkreises. Mischverstärker 18 und ein Filter 20. In dem Misch- 35 Diese Beschleunigung bewirkt eine Geschwindigkeitsverstärker 18 wird dem Regelabweichungssignal Λ ν erhöhung und führt die Flugzeuggeschwindigkeit noch ein Beschleunigungsmeßwert χ überlagert, der wieder in Richtung aut den Sollwert zurück,
von einem nicht dargestellten Längsbeschleunigungs- Im Punkt a Li F i g. 4 wird der Schwellwert von

, messer im Flugzeug geliefert wird. Bei der normalen — 2,5 Knoten wieder unterschritten. Der Trigger 30 Funktion des Geschwindigkeitsreglers hat dieser 30 geht in seinen Ausgangszustand zurück, und das Beschleunigungsmeßwert den Zweck, den Einfluß Signal U₇ von dem Trigger fällt weg. Wenn dieses kurzzeitiger Böen auf den Triebwerkschub zu unter- Signal U₇ ersatzlos wegfiele, so würde das von dem drücken. Längsbeschleunigungsmesser gelieferte Beschleuni-

Bei einer beispielsweise von vorn auf das Flugzeug gungssignal χ stark überwiegen und über Verstärker auftreffenden Bö wird einmal die Geschwindigkeit 35 18, Filter 20 und Verstärker 22 eine relativ schnelle des Flugzeugs gegenüber der umgebenden Luft er- Verminderung, z. B. der Brennstoffzufuhr, bewirken, höht, so daß eine Regelabweichung J ν auftritt. Damit wäre wiederum eine relativ schnelle Abnahme Gleichzeitig erfolgt eine Verzögerung des Flugzeugs der Beschleunigung verbunden. Beschleunigung χ gegenüber Grund, also eine negative Beschleuni- und Gashebelstellung würden etwa nach den gegung x. Durch die Aufschaltung der Beschleunigung 40 strichelt eingezeichneten Kurven b und c in F i g. 6 ikann erreicht werden, daß solche Böen nicht zu bzw. 7 verlaufen. Eine solche schnelle Gasrücknahme einer Schubunruhe führen. praktisch auf den ursprünglichen Wert könnte dazu

Der Ausgang des Filters 20 wird auf einen zweiten führen, daß der Schwellwert der Regelabweichung >. Mischverstärker 22 gegeben, welcher einen Stell- von — 2,5 Knoten erneut unterschritten würde. Auch motor 24 ohne Stellungsrückführung zur Verstellung 45 sonst tritt eine unerwünschte Schubunruhe ein. Dies des Gashebels (Winkel δ) speist. Damit wird der wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Triehwerkschub des Flugzeugs 10 verändert. Statt Zusatzspannung, die bei Unterschreiten des Regelüber die Brennstoffzufuhr könnte natürlich die Flug- abweichungsgrenzwe.rtes von — 2,5 Knoten von dem 'geschwindigkeit auch in irgendeinei anderen geeigne- Triggers 30 geliefert wird, in Form eines Abklingten Weise beeinflußt werden. 50 pulses U₇₂ in endlicher Zeit auf Null absinkt. Dann

Der Geschwindigkeitsregler ist so ausgelegt, daß ergibt sich der Verlauf von Beschönigung χ und ₄er eine möglichst geringe Schubunruhe bewirkt. Es Gashebelstellung δ, wie er in F i g. 6 und 7 in aus-•kann nun geschehen, daß, ζ. B. beim Landeanflug, gezogenen Linien gezeigt ist. Der Gashebel läuft in ;die Regelabweichung J ν einen bestimmten kritischen eine neue Stellung ein, in welcher die Brennstoff-Wert überschreitet. Beispielsweise kann dies der Fall 55 zufuhr gegenüber der ursprünglichen Brennstoffsein, wenn der Geschwindigkeitssollwert w, der an zufuhr etwas erhöht ist. Diese Erhöhung entspricht dem Geschwindigkeitsregler eingestellt ist, um mehr ungefähr der Flache unter dem Abklingpuls U₇ ₂.
als 2,5 Knoten unterschritten wird, wie in Fig. 4 Um .iun zu verhindern, daß durch den Abklingdargestellt ist. In einem solchen Falle könnte nämlich puls U_T2 schon bei relativ kurzzeitigen Überschreidie Fluggeschwindigkeit in die Nähe des Wertes 60 iungen des Regelabweichungsschwellwertes ein im absinken, bei welchem die Strömung abreißt und der Vergleich zu dieser Zeitdauer starker Eingriff in den Auftrieb wegfällt. Regler erfolgt, wird die Abklingdauer des Abkling-

Um eine Sicherheit gegen solche Fälle zu haben, pulses £/_Γ2 von der Dauer des Triggerimpulses U₇ ist der Kanal 16 vorgesehen. Dieser enthält sinen abhängig genjachi. Zu diesem Zweck wird der Verstärker 26, einen Gleichrichter 28, der nur Signale 65 Abklingimpuls von einer gesonderten Schaltung 32 einer bestimmten Polarität durchläßt, sowie einen geliefert und bei M dem Triggerämpuls überlagert. Trigger 30. Der Gleichrichter 28 stellt sicher, daß Die zeitabhängige Erzeugung des Abklingpulses ernur Signale negativer Polarität auf den Trgger3§ folgt in der Weise, daß v/ährend der Dauer des

Triggerimpulses U₇-ein, integrierendes Glied mit einem Ladewiderstand36 (Fig.2)fund einem Kondensator 38 aufgeladen wird...Die Kondensatorspan-■ nung U_7t ,fl-äm/'Kondensator 38 ,'ist ,'dann Am wesentlichen proportional'zu der Dauer T, des Trigger- S impulses U₇, sofern T₁ wesentlich kleiner als die Zeitkonstante des ÄC-Gliedes 36, 38 ist. Bei hinreichend langer Dauer des Triggerimpulses wird der Kondensator 38 auf die Spannung U₇ aufgeladen. Wenn der Triggerimpuls wegfällt im Zeitpunkt I₁, to dann wird der Kondensator 38 über einen Widerstand 40 entladen. Die an dem Widerstand dann abfallende Spannung U₇₂ liefert den AbklJngpuis. Schaltungsgemäß wird das auf folgende Weise erreicht: *5

Die Ausgangsspannung des Triggers 3§ geht über eine Diode D₁ auf einen Punkt 42. Von der Ausgangsspannung des Triggers 30 v/ird über eine zweite Diode D₂ und den Widerstand 36 der Kondensator

38 aufgeladen. s>° An dem Kondensator 38 liegt dann die Spannung U₇ ,. Der Kondensator ist über eine Diode D₃ mit dem Punkt 42 verbunden, von welchem aus der Widerstand 40 parallel zu dem Kondensator Si liegt. Der Punkt 42 liegt über einen Widerstand 44 am as Eingang des Mischverstärkers 22. Es geschieht nun folgendes: Solange der Trigger 30 die Spannung U₇ abgibt, also während der Zeit von t₀ bis /,, liegt am Punkt 42 über die Diode D₁ die Spannung U₇. Über die Diode D₂ wird der Kondensator 38 aufgeladen. Da die an de'm Kondensator 30 anliegende Spannung kleiner oder höchstens gleich der Spannung U₇ ist, ist die Diode D₃ zunächst gesperrt. Wenn der Trigger

39 in seinen Ausgangszustand zurückfällt, dann fällt die Spannung U₇ über D, am Punkt 42 weg. Da jetzt die Spannung am Kondensator M die höhere ist, wird die Diode D_? leitend, und der Kondensator wird über den Widerstand 40 entladen, wobei an dem Widerstand 40 die Spannung U₇ ₂ abfällt. Die Diode D₁ verhindert eine zusätzliche Entladung des 4-> Kondensators 38 über den Widerstand 36. Die Spannung, von welcher U₇₂ auf NuI' abklingt, hängt vom Ladezustand des Kondensators ΪΒ ab und damit von der Dauer /, minus I₀ des Triggerimpulses, wie aus

F i g. 3 ersichtlich ist. 4«

Statt eines Triggerkanals 16 können natürlich auch deren mehrere vorgesehen sein, um bei unterschiedlich starken Regelabweichungen unterschiedlich starke Zusatzsignale zur Einwirkung zu bringen. Auch könnte die Höhe des Triggerimpulses am l'rsgger 30 stetig von der Regelabweichung abhängig gemacht werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Geschwindigkeitsregler für Flugzeuge, durch den in Abhängigkeit von einem Geschwindigkeitsmeßwert (z. B. Staudruck oder Anstellwinkel) über einen Stellmotor' eine Geschwindigkeitsstellgröße zur Regelung der Fluggeschwindigkeit gegenüber der umgebenden Luft veränderbar ist und bei welchem bei Auftreten oder Überschreiten bestimmter Störungen ein vorgegebenes Stcucrprogra um auf den Regler '.aufschaltbar,',ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiiien einer'Vorgegebenen 'Regelabweichung -über einen Schweiiwerifühler ,(30), ein der_;RegelabweJchung entgegenwirkendes Zusatzsigna! auf Öea Stellarator bzw.' einen vorgeschalteten Verstärker aufschaitbar ist.

2. Geschwindigkeitsregler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Geschwisdigkeitsmeßwert (A v) im Regler ein Signal (ir) vos einem Längsbeschleanigungsmesser überlagert ist.

3. Geschwindigkeitsregler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Stellmotors (24) ohne Stellungsrückführung.

4. Geschwindigkeitsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Unterschreiten der besagten vorgegebenen Regelabweichung (-2,5 kt) das Zissatzsignal (U₇₂) nach einem Programm auf Null abklingt.

5." Geschwindigkeitsregler nach Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abk'iängzeii von der Zeitdauer des Überschreitens der besagten vorgegebenen Regelabweichung abhängig gemacht ist.

6. Geschwindigkeitsregler nach einem der Ansprüche ί bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschaltung des Zusatzsigßals nur beim Überschreiten einer vorgegebenen Regelabweichung nach unten (Unterschreiten einer bestimmten Fluggeschwindigkeit) erfolgt.
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7. Geschwindigkeitsregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelabweichungssignal (Jv) als Gleichstromsignal auf einen ersten und einen zweiten Kanal (14 bzw. 16) aufschaltbar ist, daß der erste Kanal (14) das Fahrtabweichungssignal gegebenenfalls verstärkt und unter überlagerung weiterer Signale (x) im wesentlichen getreu überträgt, daß der zweite Kanal (16) zur Auswahl der Polarität einen Gleichrichter (28) und einen Trigger (38) enthält und daß die Signale aus den beiden Kanälen am Eingang des Mischverstärkers (22) addiert werden.

S. Geschwindigkeitsregier nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß {der erste Kanal (14) einen Mischverstärker (IS) enthält, in welchem die Überlagerung des Signals ,(.y) von dem Längsbeschkunigungsmesssr erfolgt.

9. Geschwindigkeitsregler Bach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trigger (38) zusäizik h ein integrierendes Glied (32) beaufschlag!, dssssn Signal (V_Ts) nach Rückstellen dss Triggers (30) in den AusgangszusHnd abklingend auf den Sicümotor (M) bzw. den Mischveretärker (22) aufschaltbar ist.

10, Geschwindigkeitsregler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trigger (38) über eine erste Diode (D₁) mit dem Eingang des Mischvcrstäskers (22) und über eine zweite Diode (D₂) mit einem integrierenden i?C-Glied (36, 3·) verbunden ist und daß der Kondensator (38) des RC-Glicdcs über eine dritte Diode (D₃) mit dem Eingang des Mischverstärkers (22) und einem Entladewidersta-'id (40) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen