DE2029178A1 - Verfahren zur automatischen Landean flugsteuerung von Hubschraubern und Vornch tung zum Durchfuhren des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur automatischen Landean flugsteuerung von Hubschraubern und Vornch tung zum Durchfuhren des Verfahrens

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DE2029178A1 DE19702029178 DE2029178A DE2029178A1 DE 2029178 A1 DE2029178 A1 DE 2029178A1 DE 19702029178 DE19702029178 DE 19702029178 DE 2029178 A DE2029178 A DE 2029178A DE 2029178 A1 DE2029178 A1 DE 2029178A1
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    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
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Description

Societe de Fabrication dfInstruments de Mesure S.F.I.M. - Massy (Frankreich)
Verfahren zur automatischen Landeanflugsteuerung von Hubschraubern und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Hubschraubern und anderen Luftfahrzeugen beim automatischen Anflug eines Landeplatzes, wobei man von der Erde Funksignale aussendet, die eine lotrechte Landekursebene und eine darauf senkrecht stehende und zur Waagerechten geneigte Gleitwegebene bilden, deren Schnittlinie einen Funkleitstrahl bildet, und wobei man diese Funksignale im Hubschrauber empfängt und sie dazu verwendet, um die Flugsteuerung des Hubschraubers zu beeinflussen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
■■■ :i ■ ■
Es sind Verfahren zur Steuerung von Luftfahrzeugen beim automatischen Anflug eines Landeplatzes bekannt. Diesen Verfahren, namentlich dem "ILS" - Verfahren (Instrument"LandingSystem), haften aber wegen der unterschiedlichen Anflugbedingungen von Hubschraubern und von Flugzeugen Nachteile bei der Steiierung von Hubs diraubern an.
U U D «J ύ 3 / I 4 6 4
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur automatischen Landeanflugsteuerung anzugeben, das besonders für Hubschrauber geeignet ist.
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren der Eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man die Funksignale mit einer Trägerfrequenz in der Größenordnung von Gigahertz aussendet. .
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchführen des obengenannten Verfahrens anzugeben. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Boden ein Sender mit sehr kurzer Wellenlänge vorgesehen ist und daß im Hubschrauber ein Gerät vorgesehen ist, das . einen Empfänger für die Funksignale des Senders am Boden und eine** Kupplungsvorrichtung aufweist, an die der Autopilot für die Flugsteuerung des Hubschraubers angeschlossen ist.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Hubschraubers beim
Landeanflug;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Hubschrauber nach # Fig. 1?
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für
die automatische Landeanflugsteuerung im Hubschrauber nach Fig. 1 und 2.
009883/U64
Ein am Boden angeordneter Sender E sendet Funksignale mit einer Trägerfrequenz von 15,5 GHz aus, die eine lotrechte Landekursebene und eine darauf senkrecht stehende und zur Waagerechten geneigte Gleitwegebene bilden, deren Schnittlinie einen Funkleitstrahl R bildet. Diese Funksignale werden im Hubschrauber empfangen und dazu verwendet, um die Flugsteuerung des Hubschraubers zu beeinflussen.
Aus den im Hubschrauber empfangenen Funksignalen bildet man ein elektrisches Signal der vertikalen Abweichung G, das die vertikale Winkelabweichung des Hubschraubers von der Gleitwegebene darstellt, ein abgeleitetes Signal, das der Ableitung dieses Signals der vertikalen Abweichung nach der Zeit -pr-oportinal-ist, und -ein Jtorrefctursignal für-die-Jiicn.tperJ.oclische Steiquner, das ein. Dämpfungsglied K2-^p enthält, das dem abgeleiteten Signal proportinal ist'. Das Korrektursignal "schaltet jnanauf die nichtperiodische Steigungssteuerühg, um eine passende linderung der,Vertikalgeschwindigkeit des Hubschraubers zu erzielen.
Außerdem mißt man im Hubschrauber seinen Abstand vom Sender und man benutzt das Ergebnis dieser Messung dazu, um das —Dämpf ungsglied-kleiner-werden-zu lassen, wenn der Abstand kleiner wird. -
Man kann diesen Abstand beispielsweise aus einer Höhenanzeige eines Funkhöhenmessers bestimmen.
— Es ijr.t -auch vorgesehen, im Hubschrauber seine Vertikalbeschleunigung zu bestimmen und aus diesem Ergebnis ein Signal K3V2 zu bilden, das die Vertikalgeschwindigkeit des Hubschraubers darstellt, und dieses Signal als Dämpfungsglied dem Korrektursignal für die liichtperiodische Steigung hinzuzufügen.
Schließlich begrenzt man im Hinblick auf die Flugsicherheit
0098-83/U64-
den Höchstwert des Korrektursignales.
Das Korrektursignal für die nichtperiodische Steigung läßt man nur wirksam werden, wenn der Hubschrauber die Gleitwegebene erreicht hat. Zu diesem Zweck ist im Hubschrauber ein Gerät vorgesehen, das einen Empfänger D für die Funksignale des Senders E am Boden und eine Kupplungsvorrichtung C aufweist, an die der Autopilot P des Hubschraubers angeschlossen ist, wie aus Fig.3 zu ersehen ist.
Der Empfänger D liefert an die Kupplungsvorrichtung C ein Sional G1 /das ' ' - ■
die vertikale Winkelabweichung des Hubschraubers von der Gleitwegebene darstellt. Die kupplungsvorrichtung C weist Baugruppen auf, um aus diesem Signal G ein Korrektursignal für die nicfitperiodische Steigung zu bilden.
Dieses Korrektursignal für die -nichtDteriodische" "Steigung besteht /aus - -
einem der' vertikalen Winkelabweichung des Hubschraubers von der Gleitwegebene proportinalen Hauptglied K1G, aus einem der Ableitung dieser Abweichung nach der Zeit proportinalen Dämpfungsglied K2dG und aus einem der Vertikalgeschwindigkeit des Hubschraubers proportinalen Dämpfungsglied K_v„.
/vorrichtung
Die Baugruppen der Kupplungs-c weisen u.a. auf: einen Verstärker 1, der das Signal G empfängt und das Signal K-G bildet, ein als Verstärker 2 arbeitendes den Differentialquotienten bildendes Differenzierglied, das das Signal G empfängt und das abgeleitete und verstärkte Signal K2 ^ bildet, einen Signalumformer 3, der ein Signal von einem Vertikalbeschleunigungsmesser A„ empfängt und das Signal K,v„ bildet, das den beiden Signalen K.G und K2 gr hinzugefügt wird, sowie eine Begrenzungseinrichtung 4, durch die das zusammengefaßte Signal anschließend hindurchgeht.
Die Verstärkungsfaktoren K. und K2 des Verstärkes 1 bzw. 2
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werden von einem Signalumformer 5 gesteuert/ der von einem Funkhöhenmesser S ein als Höhenanzeige dienendes Signal erhält und der in Abhängigkeit von diesem Signal die Verstärkungsfaktoren proportional der Höhenabnahme kleiner werden läßt.
• Die Höhenanzeige wird nur benutzt, soweit sie eine einfache Möglichkeit bietet, um den Abstand des Hubschraubers von dem Sender'am Boden zu bestimmen, und sie kann selbstverständlich durch ein Signal ersetzt werden, das den tatsächlichen Abstand angibt. ,
Die Begrenzungseinrichtung 4 dient dazu, die Ausschläge des Korrektursignals für die nichtperiodische Steigung auf einen ..Höchstwert .zu begrenzen, der._sl.ch .mit.,der: Elugslcherheit des Hubschraubers vereinbaren läßt.
Das Korrektursignal K1G + KOj-r· + Kov„ wird an den Eingang eines
ι .. ^.dt j δ
Kanals P. für die Höhensteuerung des Autopiloten weitergeleitet, das in Abhängigkeit von diesem Signal auf die nichtperiodische Steigungssteuerung H^ des Hubschraubers einwirkt.
-Die Weiterleitung des Korrektursignals an -den Kanal Pi für die Höhensteuerung wird von einer Umschalteinrichtung 6 überwacht, die die V7eiterleitung des Signales solange unterbricht, bis der im Horizontalflug sich fortbewegende Hubschrauber die geneigte Gleitwegebene erreicht hat.
Aus den im Hubschrauber empfangenen Funksignalen bildet man ein elektrisches Signal der seitlichen Abweichung, das die horizontale Winkelabweichung L des Hubschraubers von der Landekur sebene darstellt, daraus ein abgeleitetes Signal, das der Ableitung des Signals der horizontalen Abv/eichung nach der Zeit proportional ist, sowie ein Rollkorrektursignal, das ein Dämpfungsglied enthält, das dem abgeleiteten Signal proportional ist, und mit dem man die Seitensteuerung des Hubschraubers
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beeinflußt, um den Hubschrauber in die Landekursebene zu führen und ihn darin zu halten. '
Zu diesem Zweck liefert der Empfänger D an die Kupplungsvorrichtung C ein elektrisches Signal L,das die horizontale Winkelabweichung darstellt. Die K^ptangs^KnciTt^ili diesem Zweck einen Verstärker 7, der aus diesem Signal ein verstärktes Signal K.L bildet, ein als Verstärker 8 arbeitendes, den Differentialquotienten bildendes Differenzierglied, welches aus dem Signal L ein verstärktes abgeleitetes Signal K5 g^ bildet, und eine Begrenzungseinrichtung 9, die den Höchstwert des aus der Summe der beiden Einzelsignale K4L und K5 fn~ bestehenden Rpllkorrektursignales begrenzt. :,·■"."
Vorteilhafterweise sorgt man dafür, daß die Verstärkungsfaktoren K. und K- ebenfalls mit abnehmendem Abstand des Hubschrau- _ . 4 5
bers vom Sender kleiner werden. Die Begrenzungseinrichtung 9 ist daher so aufgebaut, daß sie den oberen Grenzwert erniedrigt, wenn die Höhe unter eine vorgegebene Schwelle abgenommen
hat. __._ „
Beispielsweise ist der Ausschlag des Rollkorrektursignales zunächst auf einen solchen Viert begrenzt, daß. die durch dieses Signal gesteuerte Änderung der Rollneigung 15° nicht überschreitet, und es wird dann auf einen solchen Wert begrenzt, daß diese Änderung 6° nicht überschreitet.
Dieses Rollkorrektursignal wird an den Autopiloten, und zwar an einen Kanal. !-P2 ; ~~-~-\für die Rollneigung, weitergeleitet -
und dieser Kanal "^~ beeinflußt die Seitensteuerung H2
des Hubschraubers, um ihn in der Landekursebene zu halten.
Mit der Änderung der Seitensteuerung verbindet man eine entsprechende Kursänderung, wobei man eine solche Drehgeschwindigkeit einhält, daß das Drehen ohne Abschmieren des Hubschraubers vor sich geht.
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. BAD
■* ' — 7 —
Zu diesem Zweck weist der Autopilot Peinen Kanal P3 J für die Gierbewegung und eine Verkettung zwischen diesem Kanal ι und dem Kanal P2 "^-für die Rollbewegung auf, sodaß mit einer Änderung der Seitensteuerung eine entsprechende Beeinflußung der Kurssteuerung H3 verbunden ist.
t)ie Kupplungsvorrichtung C weist ebenfalls Baugruppen für die Bildung eines elektrischen Korrektursignals für die Längslaae auf, " das aus einem der Differenz zwischen der relativen Windgeschwindigkeit v£ und der Sollgeschwindigkeit Vc des Hubschraubers proportionales Hauptglied K- (Vi-Vc) und aus einem der Ableitung der Horizontalgeschwindigkeit des Hubschrau-
dVi bers nach der Zeit proportionalen Dämpfungsglied K- grr^ ke~ steht.
Diese Baugruppen weisen eine Vergleichseinrichtung 1Ö_auf,_ die von einem Windgeschwindigkeitsmesser V ein Signal der relativen Windgeschwindigkeit Vi und von einem Geschwindigkeits- ' steuergerät T ein Signal der Sollgeschwindigkeit Vc erhält und daraus das Vergleichssignal Kg (Vi-Vc) bildet, das dem Signal
dvL
K- -je— hinzugefügt wird, das in einem Signalumformer 11 aus einem Signal der Horizontalbeschleunigung gebildet wird, das von einem Horizontalbeschleunigungsmesser A3. geliefert wird, um ein Korrektursignal zu bilden, das nach dem Durchgang durch eine den Höchstwert begrenzende Begrenzungseinrichtung 12 an einen Kanal P4 für die Längslage im Autopiloten weiter- _jgeleitet wird.
Dieser Kanal für,die Längslage beeinflußt demzufolge die Höhen· —steuerung H4 des Hubschraubers, um die Längslage soweit wie nötig zu korrigieren. L_
Dieser Kanal für die Längslage
009883/USA BADÖRKÄC
«Μ.'ίϊ
weist außerdem einen Integrator 13 auf, der ebenfalls das der Differenz zwischen der relativen Windgeschwindigkeit und der Sollgeschwindigkeit des Hubschraubers proportionale Signal Kg (Vi-Vc) erhält und daraus ein dem Integral des Geschwindigdifferenzensignals proportionales Integralsignal bildet, das ebenso wie das Korrektursignal für die Längslage ausgewertet wird. .....
009883/U64

Claims (1)

  1. Pat e η fa η s ρ r ü c he
    1./Verfahren zur Steuerung von Hubschraubern und anderen Luftfahrzeugen beim automatischen Anflug eines Ländeplatzes, wobei man von der Erde Funksignale aussendet, die eine lotrechte Landekursebene und eine darauf senkrecht stehende und zur Waagerechten geneigte Gleitwegebene bilden, deren ■ Schnittlinie einen Funkleitstrahl (R) bildet, und wobei man diese Funksignale im Hubschrauber empfängt und sie dazu verwendet, um die Flugsteuerung des Hubschraubers zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Funksignale mit _einer Trägerfreguenz in der Größenordnung von Gigahertz aussendet.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man aus den im Hubschrauber empfangenen Funksignalen ein elektrisches Signal der vertikalen Abweichung bildet, das die vertikale Winkelabweichung (G) des Hubschraubers von der Gleitwegebene darstellt, daß man ein abgeleitetes Signal bildet, das der Ableitung dieses Signals der vertikalen
    —Abweichung nach der Zeit proportional ist, daß man ein Korrektursignal für die nichtperiodische / %?£SJft, das ein Dämpfungsglied enthält, das dem abgeleiteten Signal proportional ist, und daß man das Korrektursignal auf die nichtperiodische Steigungssteuerung aufschaltet, um eine passende Veränderung der Vertikalgeschwindigkeit des Hub- --schraubers zu erzielen.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Hubschrauber seinen Abstand vom Sender mißt und daß man das Ergebnis dieser Messung dazu benutzt, um das Dämpfungsglied kleiner werden zu lassen, wenn der Abstand kleiner wird.
    3/1484
    4.. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man · den Abstand aus einer Höhenanzeige bestimmt.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man im Hubschrauber seine Vertikalbeschleunigung bestimmt, daß man aus diesem Ergebnis ein Signal bildet, das die Vertikalgeschwindigkeit des Hubschraubers darstellt, und daß man dieses Signal als Dämpfungsglied dem Korrektursignal für die nichtperiodische Steigung hinzufügt.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man im Hinblick auf die Flugsicherheit den Höchstwert des Korrektursignales begrenzt.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Korrektursignal für die nichtperiodische Steigung nur wirksam werden läßt, wenn der Hubschrauber die.Gleitwegebene erreicht hat.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man aus den im Hubschrauber empfangenen Funksignalen ein elektrisches Signal der seitlichen Abweichung bildet, das die horizontale Winkelabweichung (L) des Hubschraubers von der Landekursebene darstellt, daß man ein abgeleitetes Signal bildet, das der Ableitung des Signales der horizontalen Abweichung nach der Zeit proportional 1st, daß man ein Rollkorrektursignal bildet, das ein Dämpfungsglied enthält, welches dem abgeleiteten Signal proportional ist, und daß man dieses Rollkorrektursignal auf die Seitensteuerung aufschaltet, um den Hubschrauber in die Landekursebene zu führen und ihn darin zu halten.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Höchstwert des Rollkorrektursignales begrenzt und daß
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    man im Hinblick auf die Flugsicherheit den Grenzwert im Verlauf des Anfluges erniedrigt.
    10, Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß man mit der Änderung der Seitensteuerung eine entsprechende Kursänderung verbindet, wobei man eine solche Drehgeschwindigkeit einhält, daß das Drehen ohne Abschmieren des Hubschraubers vor sich geht.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man im Hubschrauber die relative Windgeschwindigkeit mißt, daß man aus diesem Messergebnis ein Differenzsignal bildet, das der Differenz zwischen der Windgeschwindigkeit und der Sollgeschwindigkeit proportional ist, daß man ein Korrektursignal für die .
    Längslage bildet, das als Glied das Differenzsignal
    enthält, und daß man das Korrektursignal für die
    Längs lage *"'.-"■ -der Höhensteuerung aufschaltet, um die Geschwindigkeitdifferenz zu beseitigen.
    ■12.-Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man im Hubschrauber die Horizontalbeschleunigung mißt, daß man aus diesem Messergebnis ein Signal bildet, das der Ableistung der Horizontalgeschwindigkeit nach der Zeit proportional ist, und daß man dieses Signal als Glied dem Korrektursignal für die Längslage zuschaltet.~ ___.-
    13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß*man den Höchstwe
    Längslage begrenzt.
    daß*man den Höchstwert des KorrektursignaIes für die
    14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Integralsignal bildet, das dem Integral des Geschwindigkeitsdifferenzsignales proportional ist, und daß man dieses Integralsignal ebenfalls auf
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    die Höhensteuerung aufschaltet.
    15. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14. dadurch gekennzeichnet, daß am Boden ein Sender (E) mit sehr kurzer Wellenlänge vorgesehen ist und daß im Hubschrauber ein Gerät vorgesehen ist, das einen Empfänger (D) für die Funksignale des Senders (E) am Boden und eine Kupplungsvorrichtung (C) aufweist, an die der Autopilot (P) für die Flugsteuerung des Hubschraubers angeschlossen ist.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ... . .vorrichtung
    Kupplungs-/J (C) Baugruppen für die Bildung eines elektrischen Korrektufsignales für die riichtperiodische^Steigung aufweist, das aus einem der vertikalen Winkelabweichung (G) des Hubschraubers von der Gleitwegebene proportionalen Hauptglied, aus einem der Ableitung dieser Abweichung nach der Zeit proportionalen Dämpfungsglied und aus einem der Vertikalgeschwindigkeit des Hubschraubers proportionalen Dämpfungsglied besteht, und daß der Autopilot (P) einen "Kanal (pi) "^" für die Höhensteuerung aufweist, welches das Korrektursignal für die Schraubenanstellung empfängt und in Abhängigkeit von diesem Signal die Steuerung der nichtperiöaischen Steigung des Hubschraubers beeinflußt.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (D) Baugruppen für die Bildung eines elektrischen Signales aufweist, das die vertikale Winkelab-
    - vorrichtung \c>
    weichung (G) darstellt, und daß die Kuppiangs-/ einen Verstärker (1) aufweist zum Verstärken dieses Signales mit einem mit dem Abstand des Hubschraubers vom Sender (E) kleiner werdenden Verstärkungsfaktor, wobei dieses verstärkte Signal das Hauptglied des an den Autopiloten (P) weitergeleiteten Signales bildet.
    18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeich-
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    Vorrichtung (C)
    net7 daß dieKupplungs-/ eine ümschalteinrichtung (6) .aufweist, die die Weiterleitung des Korrektursignales für die
    nichtperiodische .Steicruna an den Kanal (Pl) für, die V_ 1 _. • Höhensteuerung solange unterbricht, bis der Hubschrauber die geneigte Gleitwegebene erreicht hat.
    19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ^Kupplungs^^^^-S'r^ieA für die Bildung eines elektrischen Korrektursignales für die Rollbewegung aufweist, das aus einem der horizontalen Winkelabweichung (L) des Hubschraubers von der Landekursebene proportionalen Hauptglied und aus einem der Ableitung dieser Abweichung nach der/proportionalen Dämpfungsglied besteht, und daß der Autopilot (P) einen Kanal (P^) P^T-\für die Rollbewegung aufweist, welches das Rollkorrektursignal empfängt und in Abhängigkeit von diesem Signal die Seitensteuerung des Hubschraubers beeinflußt, um den Hubschrauber in die' Landekiirsebene zu führen und ihn darin zu halten.
    20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Autopilot (P) einen Kanal (P3) . -'-'--λ für die Gierbewegung und eine Verkettung zwischen diesem kanal.(EJ3J
    j-j-V>" und dem Kanal (Ρ^Γ _-"-'· für die Roll&ewegung aufweist, sodaß eine Änderung der Seitensteuerung mit einer entsprechenden Kursänderung verbunden ist, wobei eine solche Drehgeschwindigkeit eingehalten wird, daß die Drehung ohne toschmieren des Hubschraubers vor sich geht.
    21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die .Kupplungsvorrichtung (C) Baugruppen' für die Bildung eines* elektrischen Korrektursignais für die Längslage aufweist, das aus einem der Differenz zwischen der relativen Windegeschwindigkeit und der Sollgeschwindigkeit des Hubschraubers proportionalen Hauptglied und aus einem der Ableitung der Horizontalgeschwindigkeit
    009883/U64
    des Hubschraubers nach der Zeit proportionalen Dämpfungsglied besteht, und daß der Autopilot (P) einen Kanal (P4) für die Längslage aufweist, welcher das Korrektursignal, für die Längslage empfängt und dementsprechend die Höhensteuerung beeinflußt.
    22.Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (P.) für die Längslage einen Integrator (13) aufweist zum Integrieren des der Geschwindigkeitsdifferenz proportionalen Signals.
    009883/U64
    -IS*
    Leerseite
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