DE19753580A1 - Reglervorrichtung für die Druckbeaufschlagung von Anti-G-Pilotenhosen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reglervorrichtung für die Druckbe­ aufschlagung von Anti-G-Pilotenhosen, welche Reglervorrichtung einen Steuerungszweig zum Erfassen positiver Beschleunigungen aufweist und dazu ausgelegt ist, bei positiver Beschleunigung eine mit wachsendem Beschleunigungswert wachsende Druckbeauf­ schlagung der Anti-G-Pilotenhose zu veranlassen.

Eine derartige Vorrichtung ist aus US 4 546 491 bekannt. Der­ artige Vorrichtungen werden eingesetzt, um Piloten oder Astro­ nauten zu ermöglichen, bei Flugmanövern höhere positive Be­ schleunigungen überstehen zu können, ohne daß eine zu starke Blutansammlung in den Beinen und damit einhergehend eine zu starke Blutunterversorgung des Kopfes auftritt, die bei zu star­ ker positiver Beschleunigung zur Ohnmacht des Piloten führen kann. Der Begriff positive Beschleunigung bezieht sich im Zusam­ menhang mit der vorliegenden Erfindung stets auf den Piloten, der die Reglervorrichtung trägt und für den eine positive Be­ schleunigung eine ihn in den Pilotensitz drückende, erhöhte Gewichtskraft bewirkt.

Derzeit können mit guten Lebenserhaltungssystemen in Düsenflug­ zeugen positive Beschleunigungen bis etwa +9 g, d. h. die neunfa­ che Erdbeschleunigung, erreicht werden. Dies ist dann möglich, wenn der Pilot eine sogenannte Anti-G-Pilotenhose trägt, die aufblasbare, die Beine umgebende Kammern enthält, die unter Druck setzbar sind und bei Erhöhung der Druckwerte in den Kam­ mern einen erhöhten Druck auf die Beine des Piloten ausüben, um so einer Aufweitung der Blutgefäße und einer zu starken Akku­ mulation von Blut in den Beinen des Piloten bei hohen positiven Beschleunigungen entgegenzuwirken. Um eine bedarfsgerechte Druckbeaufschlagung der Anti-G-Pilotenhose zu ermöglichen, sind Reglervorrichtungen wie die in US 4 546 491 beschriebene be­ kannt, die einen Eingang für Druckgas und einen Reglerausgang haben, der mit dem Anti-G-Pilotenanzug zu verbinden ist und an dem ein durch die Reglerfunktion definierter Ausgangsdruck er­ zeugt wird. Durch die Reglervorrichtung wird der Druck am Reg­ lerausgang abhängig von der positiven Beschleunigung, die der Pilot und damit die von ihm getragene Reglervorrichtung erfah­ ren, eingestellt. Dabei wird der Druck am Reglerausgang mit wachsender positiver Beschleunigung linear erhöht, sobald die Beschleunigung einen Schwellenwert von 1,8 g überschreitet.

Die bekannte Reglervorrichtung arbeitet mit einem pneumatischen Steuerungszweig, in dem Massenelemente vorgesehen sind, deren Trägheit zum Erfassen von positiven Beschleunigungen ausgenutzt wird, wobei die Massenelemente sich gegen eine Federkraft ver­ schieben, um dadurch Druckänderungen zu bewirken, die letztlich an eine Steuerkammer eines Hauptventils übertragen werden, wo­ durch eine von der Verschiebung des Massenelements abhängige Einstellung des Drucks am Reglerausgang bewirkt wird. Durch die Abstimmung von Federkonstanten, der Masse der Massenelemente, der Dimensionierung von Drosselöffnungen und Leitungswegen in dem pneumatischen Regler wird letztlich die Übertragungsfunktion der Reglervorrichtung bestimmt, d. h. der Druck am Reglerausgang als Funktion der positiven Beschleunigung.

Die fortschreitende Entwicklung moderner Düsenflugzeuge, ins­ besondere der militärischen, hat dazu geführt, daß mit Computer­ steuerungen Flugprofile geflogen werden können, die von negati­ ven Beschleunigungen bis zu positiven Beschleunigungen und schnellen Übergängen von negativen Beschleunigungen auf hohe positive Beschleunigungen reichen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei schnellen-Wechseln von negativen zu positiven Beschleu­ nigungen physiologische Probleme für die Piloten auftreten. Dies wird insbesondere dadurch erklärt, daß die bei negativen Be­ schleunigungen erweiterten Blutgefäße im oberen Körperbereich, insbesondere im Kopf, bei einem schnellen Übergang zu positiven Beschleunigungen sehr schnell große Blutmengen in den unteren Körperbereich abfließen lassen, so daß die Gefahr eines soge­ nannten "red outs" besteht, d. h., daß das Blut zu schnell aus dem Gehirn des Piloten abfließt und dadurch nicht mehr genügend mit Blut versorgt wird, mit der Folge, daß der Pilot bewußtlos wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reglervorrich­ tung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß Flugmanö­ ver mit schnellen Übergängen von negativen auf positive Be­ schleunigungen für Piloten über einen weiteren Bereich als bis­ her erträglich werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient die Reglervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs. Vorteilhafte Ausführungs­ formen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Erfindungsgemäß ist die Reglervorrichtung mit Reglermitteln zum Erfassen von Beschleunigungswechseln von negativen auf positive Werte versehen, die bei Beschleunigungsänderungsraten oberhalb eines vorgegebenen Wertes eine zeitlich begrenzte, zusätzliche Druckbeaufschlagung mit zeitlich abklingendem Profil bewirken. Durch diese Gestaltung wird bei schnellen Lastwechseln von nega­ tiven auf positive Beschleunigungen eine zusätzliche Druckbeauf­ schlagung der Anti-G-Pilotenhose bewirkt, so daß einem zu schnellen Blutabfluß aus den erweiterten Blutgefäßen in der oberen Körperhälfte bei solchen Übergängen durch eine zeitlich begrenzte zusätzliche Druckbeaufschlagung der Anti-G-Pilotenhose entgegengewirkt werden kann, indem eine zu schnelle Blutakkumu­ lation in der unteren Körperhälfte verhindert wird durch eine Verengung der Blutgefäße durch die zusätzliche Druckbeaufschlagung der Anti-G-Pilotenhose.

Vorteilhaft ist die Reglervorrichtung mit pneumatischen Steue­ rungszweigen realisiert, die über eine Ventilsteuerkammer auf ein Hauptventil einwirken, das den Druck am Reglerausgang ein­ stellte.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein zweiter Steue­ rungszweig vorhanden sein, der bei negativen Beschleunigungen einen Überdruck in einer Speicherkammer erzeugt, wobei ein Über­ druck in der Speicherkammer auf den ersten Steuerungszweig zum erfassen positiver Beschleunigungen einwirkt und diesen wie eine erhöhte positive Beschleunigung beeinflußt, um dadurch eine zusätzliche Druckbeaufschlagung am Reglerausgang zu, bewirken. Dabei ist die Speicherkammer so angeschlossen, daß ein in ihr erzeugter Überdruck sich mit einem vorgegebenen zeitlichen Pro­ fil abbaut, z. B. über eine mit einer Drossel versehene Abfluß­ leitung, die mit der Atmosphäre in Verbindung besteht.

Durch die Abstimmung der pneumatischen Steuerungszweige aufein­ ander können beliebige Übertragungsfunktionen der Reglervorrich­ tung realisiert werden, um die gewünschten Druckverläufe bei Übergängen von negativen auf positive Beschleunigungen zu erzeu­ gen. Insbesondere kann vorgegeben werden, oberhalb welcher Be­ schleunigungsänderungsrate eine zusätzliche Druckbeaufschlagung vorgenommen werden soll.

Zum Beispiel kann der zweite Steuerungszweig zum Erfassen von negativen Beschleunigungen ein Massenelement aufweisen, das sich bei negativer Beschleunigung entgegen einer Federkraft ver­ schiebt, um so über ein Einwegventil den Druck in der Speicher­ kammer zu erhöhen, wobei die Speicherkammer über eine Drossel mit der Atmosphäre verbunden ist. Die Speicherkammer wirkt auf den ersten Steuerungszweig zum Erfassen positiver Beschleunigun­ gen in gleicher Weise wie eine zusätzliche positive Beschleuni­ gung ein, so daß beim Übergang von negativen auf positive Be­ schleunigungen eine zusätzliche Druckbeaufschlagung erzeugt wird.

Beispielsweise kann der erste Steuerungszweig zum Erfassen posi­ tiver Beschleunigungen ein Massenelement aufweisen, das sich bei positiver Beschleunigung gegen eine Federkraft verschiebt und das mit einer dichtenden Membran in der Speicherkammer so aufge­ hängt ist, daß ein Überdruck in der Speicherkammer eine Ver­ schiebung des Massenelements entgegen der Feder und damit einen Zustand wie bei erhöhter positiver Beschleunigung zur Folge hat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels in der Zeichnung beschrieben, wobei Fig. 1 eine schema­ tische Schnittdarstellung der Reglervorrichtung zeigt.

Die in Fig. 1 dargestellte Reglervorrichtung hat eine Druckver­ sorgungsleitung 1, über die sie mit Druckluft versorgt wird. In einem Druckminderer 2 wird der Druck der eingespeisten Druckluft auf einen geeigneten Arbeitsdruck begrenzt.

Das anschließende Hauptventil 15 stellt den Druck am Regleraus­ gang 12 ein.

Ein erster Steuerungszweig mit einer ersten Steuerleitung 14 hinter einer Filter/Drosselkombination 16 zur Durchflußbegren­ zung ist direkt mit einer Ventilsteuerkammer 4, einem Entlüf­ tungsventil 11 und einem Sicherheitsventil 3 zur Druckbegrenzung verbunden. Der in der Steuerleitung 14 erzeugte Steuerdruck wird direkt auf die vom Reglerausgangsdruck beaufschlagte Steuerungs­ membran 19 in der Steuerkammer 4 gegeben. Sobald der Druck am Reglerausgang 12 niedriger ist als der Steuerdruck/Solldruck, wird das Servoventil 18 geöffnet, wodurch der Druck in der Ser­ voleitung 17 hinter der Filter/Drosselkombination 16 zusammen­ bricht und sich das Hauptventil 15 öffnet, bis der Druckaus­ gleich zwischen Reglerausgang 12 und der Steuerkammer 4 erreicht ist und sich das Servoventil 18 schließt.

Der erste Steuerungszweig ist ferner mit einem Massenelement 9 versehen, das zum Erfassen positiver Beschleunigungen dient. Das Massenelement 9 wird bei positiven Beschleunigungen entgegen einer Federkraft, in der Darstellung von Fig. 1 nach unten ge­ drückt, wodurch der erste Steuerungszweig abgedrosselt wird und dem dadurch erzeugte Steuerdruck über die Steuerkammer 4 an das Hauptventil 15 weitergeleitet wird. Das Hauptventil 15 bleibt solange geöffnet, bis der Druck am Reglerausgang 12 auf den Steuerdruck angestiegen ist. Bei Wegfall der positiven Beschleu­ nigung sinkt der Steuerdruck im ersten Steuerungszweig und der Druck am Reglerausgang 12 wird über das Entlüftungsventil 11 reduziert.

In einem zweiten Steuerungszweig mit der Steuerleitung 13 hinter einer Filter/Drosselkombination 16 findet bei positiver Be­ schleunigung, die zuvor für den ersten Steuerungszweig beschrie­ ben wurde, kein Druckaufbau statt. Bei negativen Beschleuni­ gungswerten jedoch wird in dem zweiten Steuerungszweig ein Mas­ senelement 5 gegen eine Federkraft nach oben gedrückt und dros­ selt den zweiten Steuerungszweig ab. Der dadurch erzeugte Steu­ erdruck wird über ein Einwegventil 6, z. B. ein Rückschlagventil, in eine Speicherkammer 7 übertragen. Ein Teil der zugeführten Gasmenge entweicht über eine Filter/Drosselkombination 10 und eine Ausgangsleitung, die mit der Umgebung kommuniziert; die entwichene Gasmenge wird jedoch über den Zufluß über das Ein­ wegventil 6 ergänzt, solange dieses geöffnet ist. Der Überdruck in der Speicherkammer 7 wirkt über eine Zwischenmembran 8 auf das Massenelement 9 des ersten Steuerungszweiges für positive Beschleunigungen ein und wirkt auf dieses wie eine zusätzliche positive Beschleunigung, indem das Massenelement 9 entgegen der Federkraft nach unten gedrückt wird.

Durch entsprechende Abstimmung und Auslegung der einzelnen Ele­ mente des ersten und zweiten Steuerungszweiges und insbesondere durch die Auslegung der Federn, die Gestaltung der Membran 8, die Gestaltung der Speicherkammer 7 und ihr Anschluß an die Umgebungsatmosphäre lassen sich beliebige Übertragungsfunktionen realisieren, mit der die Reglervorrichtung auf einen Beschleuni­ gungswechsel von negativen auf positive Werte reagiert, und damit ein gewünschter zeitlich abklingender Druckverlauf mit zusätzlicher Beaufschlagung bei einem solchen Wechsel von nega­ tiven auf positive Beschleunigungen realisieren.

Claims (5)

1. Reglervorrichtung für die Druckbeaufschlagung von Anti-G- Pilotenhosen, welche Reglervorrichtung einen Steuerungszweig zum Erfassen positiver Beschleunigungen aufweist und dazu ausgelegt ist, bei positiver Beschleunigung eine mit wach­ sendem Beschleunigungswert wachsende Druckbeaufschlagung der Anti-G-Pilotenhose zu veranlassen, dadurch gekennzeichnet, daß Reglermittel (5-10, 13, 14) zum Erfassen von Beschleuni­ gungswechseln von negativen auf positive Werte mit Be­ schleunigungsänderungsraten oberhalb eines vorgegebenen Wer­ tes vorhanden und dazu ausgelegt sind, in Reaktion darauf eine zusätzliche Druckbeaufschlagung mit zeitlich abklingen­ dem Verlauf zu veranlassen.

2. Reglervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglerfunktion der Reglervorrichtung durch pneumati­ sche Steuerungszweige realisiert ist, die über eine Ventil­ steuerkammer (4) auf ein Hauptventil (15) einwirken, das den Druck am Reglerausgang (12) einstellt.

3. Reglervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglermittel einen zweiten Steuerungszweig (13, 5, 6, 7) aufweisen, der bei negativen Beschleunigungen einen Überdruck in einer Speicherkammer (7) erzeugt, welcher Über­ druck auf den ersten Steuerungszweig (14, 9) zum Erfassen positiver Beschleunigungen einwirkt und diesen in einen Zustand wie bei einer erhöhten positiven Beschleunigung bringt, um dadurch eine zusätzliche Druckbeaufschlagung am Reglerausgang (12) zu bewirken, wobei die Speicherkammer (7) so angeschlossen ist, daß sich ein Überdruck in der Spei­ cherkammer (7) mit vorgegebenem zeitlichem Verlauf abbaut.

4. Reglervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steuerungszweig ein Massenelement (5) auf­ weist, das sich bei negativer Beschleunigung aufgrund seiner Trägheit entgegen einer Federkraft verschiebt, um über ein Einwegventil (6) den Druck in der Speicherkammer (7) zu erhöhen, wobei die Speicherkammer (7) über eine Drossel (10) mit der Atmosphäre verbunden ist, so daß sich ein aufgebau­ ter Überdruck mit einer durch die Charakteristik der Drossel (10) vorgebenen Verlauf abbaut, und wobei ein Überdruck in der Speicherkammer (7) auf den ersten Steuerungszweig zum Erfassen positiver Beschleunigungen im gleichen Sinn wie eine zusätzliche positive Beschleunigung einwirkt.

5. Reglervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Steuerungszweig (14, 9) zum Erfassen positiver Beschleunigungen ein Massenelement (9) aufweist, das sich bei positiver Beschleunigung gegen eine Federkraft ver­ schiebt, um dadurch eine Druckerhöhung in der Ventilsteuer­ kammer (4) des Hauptventils (15) und dadurch eine Druckerhö­ hung am Reglerausgang (12) zu bewirken, und daß das Massen­ element (9) mit einer dichtenden Membran (8) in der Spei­ cherkammer (7) so aufgehängt ist, daß ein Überdruck in der Speicherkammer (7) eine Verschiebung des Massenelements (9) entgegen der Federkraft zur Folge hat.