DE2029178C3

DE2029178C3 - Verfahren zur Steuerung von Luftfahrzeugen beim automatischen Landeanflug

Info

Publication number: DE2029178C3
Application number: DE19702029178
Authority: DE
Inventors: Denis Paris Autechaud; Jean Claude Boulogne-Billancort Grisard
Original assignee: Societe de Fabrication dInstruments de Mesure SFIM SA
Current assignee: Societe de Fabrication dInstruments de Mesure SFIM SA
Priority date: 1969-07-11
Filing date: 1970-06-13
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2029178B2; DE2029178A1; GB1311308A; FR2050270A1

Description

a) ein viertes Signal [K₂ -r-) bildet, das der

Ableitung des ersten Signals (K\G) nach der Zeit proportional ist,

b) ein Signal (Σ\), das die Summe des ersten und vierten Signals beinhaltet, der Höhensteuerung (Pi, Wi) durch kollektive Rotorblattverstellung zuführt,

c) ein Signal (I₂), das die Summe des zweiten

(K₄L)und dritten SignalsΓκ₅-τ— j beinhaltet, der Kurssteuerung CP2, Ps, W2, W3) des Hubschraubers zuführt,

d) im Hubschrauber seinen Abstand vom Sender C^mißt und

e) das dritte und vierte Signal mit kleiner werdendem Abstand vom Sender verkleinert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Abstand aus einer Höhenanzeige (S) bestimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Hubschrauber seine Vertikalbeschleunigung bestimmt, daß man aus diesem Ergebnis ein Signal (K₃ V₂) bildet, das die Vertikalgeschwindigkeit des Hubschraubers darstellt, und daß man dieses Signal der Summe (Σ\) aus dem ersten und vierten Signal hinzufügt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man im Hinblick auf die Flugsicherheit den Höchstwert des der Höhensteuerung (P], Wi) zugeführten Signals begrenzt (4 in F ig. 3).

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das der Höhensteuerung (Pi, Wi) zugeführte Signal nur wirksam (6 in Fig.3) werden läßt, wenn der Hubschrauber sich in der Gleitwegebene befindet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Korrektursignal (.Σ2) für den t,o Rollwinkel bildet, das ein Glied enthält, welches dem

dritten Signal(K₅-τ—) proportional ist, und daß man

30

35

dieses Rollkorrektursignal auf die Kurssteuerung (P₂, Pj, H₂, Hi) aufschaltet, um den Hubschrauber in die Landekursebene zu führen und darin zu halten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Höchstwert des Rollkorrektursignals (.Σ2) begrenzt (9 in F i g. 3) und daß man im Verlauf des Anflugs diesen Höchstwert auf einen der Flugsicherheit angemessenen Wert erniedrigt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man eine dem Rollwinkel entsprechende Kursänderung vornimmt (P3, H3 in F i g. 3), wobei man eine solche Drehgeschwindigkeit einhält, daß das Drehen ohne Schiebeflugzustand des Hubschraubers vor sich geht

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Hubschrauber die Geschwindigkeit relativ zur Luft mißt (Kin Fig.3), daß man aus diesem Meßergebnis ein Vergleichssignal (K₆(Vi-ve) bildet, das proportional der Differenz zwischen dieser Geschwindigkeit (vi) und der Sollwertgeschwindigkeit (ve) ist, daß man ein Korrektursignal für die Längslage bildet, das als eines seiner Glieder das Vergleichssignal enthält, und daß man das Korrektursignal einer Steuerung (P₄, H₄) für die Längslage aufschaltet, um die Geschwindigkeitsdifferenz zu beseitigen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man im Hubschrauber die Horizontalberchleunigung mißt, daß man aus diesem Meßergebnis ein Signal

bildet, das der Ableitung

der Horizontalgeschwindigkeit nach der Zeit proportional ist, und daß man dieses Signal als Glied dem Korrektursignal für die Längslage zuschaltet.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man den Höchstwert des Korrektursignals für die Längslage begrenzt (12 in F ig. 3).

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Integralsignal (13 in Fig.3) bildet, das dem Integral des Geschwindigkeitsdifferenzsignals Kt (vi— ve) proportional ist, und daß man dieses Integralsignal ebenfalls auf die Längslagensteuerung (H₄) aufschaltet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Funksignale eine Trägerfrequenz zwischen 10 und 20 Gigahertz verwendet.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Luftfahrzeugen beim automatischen Anflug eines Landeplatzes, wobei man von der Erde Funksignale aussendet, die einen Funkleitstrahl ergeben, der in der Schnittlinie einer vertikalen Funk-Landekursebene mit einer senkrecht auf dieser stehenden und zur Waagerechten geneigten Funk-Gleitwegebene liegt, wobei man diese Funksignale im Luftfahrzeug empfängt und dort von ihnen ein erstes Signal, das die vertikale Winkelabweichung des Luftfahrzeugs von der Gleitwegebene darstellt, sowie ein zweites Signal, das die horizontale Winkelabweichung des Luftfahrzeugs von der Landekursebene darstellt, und ein drittes Signal bildet, das der Ableitung des zweiten Signals nach der Zeit proportional ist.

Verfahren der obengenannten Art, die zur Gruppe der sogenannten »ILS«-Verfahren (Instrument Landing System) gehören und zur Führung des Landeanflugs von Flächenflugzeugen vorgesehen sind, sind bereits bekannt (vgl. beispielsweise US-PS 32 66 753). Diese

bekannten Verfahren haben sich für den Betrieb mit Flächenflugzeugen im wesentlichen bewährt Aufgrund der gegebenen grundsätzlichen Unterschiedlichkeiten hinsichtlich des Steuerungsprinzips und dis Betriebsverhaltens von Flächen flugzeugen und Hubschraubern sind die bekannten Verfahren für die automatische Steuerung des Landeanflugs von Hubschraubern aber ungeeignet Der verstärkte Einsatz von Hubschraubern bringt jedoch immer häufiger das Bedürfnis einer automatischen Landeanflugsteuerung hervor, zumal eine solche auch die Einsatzmöglichkeiten von Hubschraubern vergrößert

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungsverfahren der in Rede stehenden Art anzugeben, das die automatische Landeanflugsteuerung von Hubschraubern auf zweckmäßige und sichere Weise ermöglicht

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurcii gelöst, daß man zur Steuerung von Hubschraubern die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale a) bis e) zur Anwendung bringt Danach wird die Landeanflugführung in der Weise durchgeführt, daß Summensignale zur Steuerung der Vertikalbewegung und der Horizontalbewegung des Hubschraubers zu Kanälen des Autopiloten zugeführt werden, die die kollektive Einstellung der Rotorblattsteigung bzw. die der Kurssteuerung dienende Rotorblatteinstellung beeinflussen. Das Summensignal für die Höhensteuerung durch kollektive Rotorblattverstellung wird als Summe jo aus dem ersten Signal und dem der Ableitung des ersten Signals nach der Zeit proportionalen 4. Signal gebildet Das Summensignal für die Kurssteuerung ist aus dem 2. und 3. Signal gebildet Außerdem ist vorgesehen, daß im Interesse des Hubschraubers das 3. und 4. Signal mit kleiner werdendem Abstand vom Sender verkleinert werden.

Es ist zwar aus der genannten US-PS 32 66 753 bereits an sich bekannt für die Korrektur einer Kursabweichung die Ableitung des Abweichungssignals nach der Zeit zum Winkelabweichungssignal selbst zu addieren. Bei dem so gebildeten Sum-nensignal handelt es sich bei dem bekannten Verfahren jedoch um ein Signal für die Korrektur der Horizontalabweichung des Flächenflugzeugs durch entsprechende Betätigung von Querruder und Seitenruder des betreffenden Flächenflugzeugs.

Bei der koordinierten Steuerung von Querruder und Seitenruder des Flächenflugzeugs handelt es sich aber um ein mit der Rotorsteuerung von Hubschraubern nicht vergleichbares Steuerungsprinzip. Die Korrektur einer Vertikalftbweichung ist bei dem durch die genannte US-PS 32 66 753 bekannten Verfahren überdies überhaupt nicht vorgesehen, so daß auch diesbezüglich keine Vergleichsmöglichkeit mit dem erfindungsgermißen Verfahren gegeben ist.

Es zeigt

Fig. I eine Seitenansicht eines Hubschraubers beim Landeanflug,

F i g. 2 eine Draufsicht auf den Hubschrauber nach (,ο Fig. I,

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für die automatische Landeanflugsteuerung im Hubschrauber nach Fig. 1 und 2.

Ein am Boden angeordneter Sender E sendet b5 Funksignale mit einer Trägerfrequenz von 15,5GHz 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 proportional ist und ein Korrektursignal für die kollektive Rotorblatteinstellung, das ein Dämpfungsglied /G^- enthält das

dt

dem abgeleiteten Signal proportional ist Das Korrektursignal schaltet man auf die kollektive Steigungssteuerung, um eine passende Änderung 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 Dämpfungsglied kleiner werden zu lassen, wenn der Abstand kleiner wird.

Man kann diesen Abstand beispielsweise aus einer Höhenanzeige eines Funkhöhenmessers bestimmen.

Es ist auch vorgesehen, im Hubschrauber seine Vertikalbeschleunigung zu bestimmen und aus diesem Ergebnis ein Signal K^vz zu bilden, das die Vertikalgeschwindigkeit des Hubschraubers darstellt, und dieses Signal als Dämpfungsglied dem Korrektursignal für die kollektive Steigerungssteuerung hinzuzufügen.

Schließlich begrenzt man im Hinblick auf die Flugsicherheit den Höchstwert des Korrektursignals.

Das Korrektursignal für die kollektive Steigerungssteuerung 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 Farn Boden und eine Kopplervorrichtung C aufweist, an die der Autopilot P des Hubschraubers angeschlossen ist, wie aus F i g. 3 zu ersehen ist.

Der Empfänger D liefert an die Kopplervorrichtung Cein Signal G, das die vertikale Winkelabweichung des Hubschraubers von der Gleitwegebene darstellt. Die Kopplervorrichtung C weist Baugruppen auf, um aus diesem Signal G ein Korrektursignal für die kollektive Steigungssteuerung zu bilden.

Dieses Korrektursignal für die kollektive Steigungssteuerung besteht aus einem der vertikalen Winkelabweichung des Hubschraubers von der Gleitwegebene proportionalen Hauptglied K\G, aus einem der Ableitung dieser Abweichung nach der Zeit proportionalen Dämpfungsglied K2—p-und aus einem der

Vertikalgeschwindigkeit des Hubschraubers proportionalen Dämpfungsglied /Gvz-

Die Baugruppen der Kopplervorrichtung 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

dt

Signalumformer 3, der ein Signal von einem Vertikalbeschleunigungsmesser A ν empfängt und das Signal Kjvz bildet, das dem Summensignal Σ 1 aus den beiden

Signalen K\G und /(2-ί— hinzugefügt wird, sowie eine dt

Begrenzungseinrichtung 4, durch die das zusammengefaßte Signal anschließend hindurchgeht.

Die Verstärkungsfaktoren K\ und Κ2 des Verstärkers 1 bzw. 2 werden von einem Signalurnformer 5 gesteuert, der von einem Funkhöhenmesser 5ein 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 kollektive Stcsgungssteuerung auf einen Höchstwert zu begrenzen, der sich mit der Flugsicherheit des Hubschraubers vereinbaren läßt.

Das Korrektursignal K₁C+ Κ2-Γ- + K₃v_z wird an den

Eingang eines Kanals P\ für die Höhensteuerung des Autopiloten weitergeleitet, der in Abhängigkeit von diesem Signa! auf die kollektive Steigungssteuerung H\ des Rotors des Hubschraubers einwirkt.

Die Weiterleitung des Korrektursignals an den Kanal P\ für die Höhensteuerung wird von einer Umschalteinrichtung 6 überwacht, die die Weiterleitung des Signals so lange 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 Landekursebene darstellt, daraus ein abgeleitetes Signal, das der Ableitung des Signals der horizontalen Abweichung nach der Zeit proportional ist, sowie ein Rollkorrektursignal, das e^;n Dämpfungsglied enthält, das dem abgeleiteten Signal proportional ist und mit dem man die Rollneigung des Hubschraubers beeinflußt, um den Hubschrauber in die Landekursebene zu führen und ihn darin zu halten.

Zu diesem Zweck liefert der Empfänger D an die Kopplervorrichtung Cein elektrisches Signal L, das die horizontale Winkelabweichung darstellt. Die Kopplervorrichtung enthält zu 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 Lein verstärktes abgeleitetes Signal ^5^p bildet, und eine Begrenzungseinrichtung 9, die den Höchstwert des aus der Summe der beiden Einzelsignale Kd. und

K₅ ^- bestehenden Rollkorrektursignals 2 2 begrenzt.
at

Vorteilhafterweise sorgt man dafür, daß die Verstärkungsfaktoren K4 und Ks ebenfalls mit abnehmendem Abstand des Hubschraubers 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 Rollkorrektursignals Σ2 zunächst auf einen solchen Wert 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 Σ2 wird an den Autopiloten, und zwar an einen Kanal P2 für die Rollneigung, weitergeleitet, und dieser Kanal beeinflußt die Rollsteuerung H2 des Hubschraubers, um ihn in der Landekursebene zu halten.
Mit der Änderung der Rollneigung verbindet man eine entsprechende Kursänderung, wobei man eine solche Drehgeschwindigkeit einhält, daß das Drehen ohne Schiebeflug des Hubschraubers vor sich geht.

Zu diesem Zweck weist der Autopilot feinen Kanal Pj für die Gierbewegung und eine Verkettung zwischen diesem Kanal und dem Kanal Pi für die Rollbewegung auf, so daß mit einer Änderung der Rollneigung eine entsprechende Beeinflussung der Kurssteuerung H₃ verbunden ist.

Die Kopplervorrichtung C weist ebenfalls Baugruppen für die Bildung eines elektrischen Korrektursignals für die Längslage auf, das aus einem der Differenz zwischen der Geschwindigkeit relativ zur Luft Vi und der Sollgeschwindigkeit Vc des Hubschraubers proportionalen Hauptglied Ke(Vi- Vc) und aus einem der Ableitung der Horizontalgeschwindigkeit des Hubschraubers nach der Zeit proportionalen Dämpfungsglied K₇^b
dl

Diese Baugruppen weisen eine Vergleichseinrichtung 10 auf, die von einem Fahrtmesser V ein Signal der Istfahrt Vi und von einem Geschwindigkeitssteuergerät T ein Signal der Sollfahrt Vc erhält und daraus das Vergleichssignal K₆(Vi- Vc) bildet, das dem Signal Kj=^i hinzugefügt wird, das in einem Signalumformer

dr

11 aus einem Signal der Horizontalbeschleunigung gebildet wird, das von einem Horizontalbeschleunigungsmesser Al 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 weitergeleitet wird.

Dieser Kanal für die Längslage beeinflußt demzufolge die zyklische Rotorblattsteuerung H₄ des Hubschraubers, um die Längslage soweit wie nötig zu korrigieren.

Dieser Kanal für die Längslage weist außerdem einen Integrator 13 auf, der ebenfalls das der Differenz zwischen der Geschwindigkeit relativ zur Luft (Istfahrt) und der Sollfahrt des Hubschraubers proportionale Signal Ke (Vi- Vc) erhält und daraus ein dem Integral des Geschwindigkeitsdifferenzsignals proportionales Integralsignal bildet, das ebenso wie das Korrektursignal für die Längslage ausgewertet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung von Luftfahrzeugen beim automatischen Anflug eines Landeplatzes, wobei man von der Erde Funksignale aussendet, die einen Funkleitstrahl ergeben, der in der Schnittlinie einer vertikalen Funk-Landekursebene mit einer senkrecht auf dieser stehenden und zur Waagerechten geneigten Funk-Gleitwegebene liegt, wobei man diese Funksignale im Luftfahrzeug empfängt und dort von ihnen ein erstes Signal, das die vertikale Winkelabweichung des Luftfahrzeugs von der Gleitwegebene darstellt, sowie ein zweites Signal, das die horizontale Winkelabweichung des Luftfahrzeuges von der Landekursebene darstellt, und ein drittes Signal bildet, das der Ableitung des zweiten Signals nach der Zeit proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Steuerung von Hubschraubern