DE2152676C3

DE2152676C3 - Kräftesimulator für Flugsteuerungen

Info

Publication number: DE2152676C3
Application number: DE2152676A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Burny; Jacques Anderlues Collet; Robert Dalle
Original assignee: ACEC; Ateliers de Constructions Electriques de Charleroi SA
Current assignee: ACEC; Umicore NV SA
Priority date: 1970-10-22
Filing date: 1971-10-22
Publication date: 1979-10-11
Also published as: BE757850A; DE2152676A1; GB1370372A; FR2110036A5; DE2152676B2; NL7114592A; LU64117A1; US3805413A; CA942946A

Description

spannung das Verhalten der Flugzeugruder bei Auslenkung aus der Nullstellung getreu wiedergibt.

Ausgehend von einem Kräftesimulator der eingangs angegebenen Art wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Gelenkverbindung zwischen den beiden Hebeln ein mit einem Hebel verbundenes Teil aufweist, an welchem beiderseits der Symmetrieebene zwei nur in einer Richtung wirksame Verbindungsglieder zum anderen Hebel angreifen, die derart angeordnet sind, daß die Spannung der am zweiten Hebel abgestützten Feder in einer Nullstellung über beide Verbindungsglieder und beim Verschwenken des ersten Hebels aus der Nullstellung in der einen oder anderen Richtung nur über das eine bzw. das andere Verbindungsglied vom zweiten Hebel auf den ersten Hebel übertragen wird.

Der Kräftesimulator nach der Erfindung ergibt eine genau definierte Nullstellung, in der keine Reaktionskraft auf das Flugsteuerorgan ausgeübt wird, und einen schnellen Anstieg der Reaktionskraf! bei jeder Auslenkung aus der Nullstellung nach der einen oder anderen Richtung. Dies entspricht dem Verhalten von Flugzeugrudern bei Auslenkung aus der Nullstellung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Kräftesimulators nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Kräftesimuiators nach der Erfindung und

Fig. 3 ein Diagramm der Kraft-Weg-Kennlinie des Kräftesimulators von F i g. 2.

Ein Kräftesimulator für Flugsteuerungen enthält als wesentlichen Bestandteil eine elastische Vorrichtung. Bei der Ausführungsform von Fig. I ist diese Vorrichtung durch einen ersten Hebel 1 und einen durch eine Gelenkverbindung mit dem ersten Hebel 1 verbundenen zweiten Hebel 2 gebildet. Der erste Hebel 1 ist um eine Achse 3 schwenkbar, die an einem Abschnitt 4 des Gestells des Simulators befestigt ist. Der zweite Hebel 2 ist in einem Ring 5 gleitbar und schwenkbar, der in einem vorbestimmten Abstand von der Achse 3 gehallen wird. Das Verschwenken des Hebels 2 kann beispielsweise durch ein geeignetes Spiel zwischen dem Hebel 2 und dem Ring 5 ermöglicht werden, oder auch dadurch, daß der Ring 5 selbst um eine diametrale Achse schwenkbar ist. Eine Druckfeder 7, die einerseits an dem Ring 5 und andrerseits an einem Abschnitt des Hebels 2 abgestützt ist, hält die Gelenkverbindung zwischen den Hebeln 1 und 2 dauernd unter Spannung. Ein Kabel 8 verbindet den Hebel 1 mit einem nicht dargestellten Flugsteuerorgan. Das Flugsteuerorgan, beispielsweise ein Steuerknüppel, kann durch Kabel mit mehreren Kräftesimulatoren verbunden sein, beispielsweise mit einem Kräftesimulator für das Querruder und mit einem Kräftesimulator für das Höhenruder.

Wenn das Kabel 8 durch Betätigung des Steuerknüppels angezogen wird, verschwenkt sich der Hebel 1 um die Achse 3, wobei er den Hebel 2 mil nimmt, der sich in dem Ring 5 etwas verschiebt und um den Drehpunkt des Rings verschwenkt. Infolge der auf die Gelenkverbindung zwischen den Hebeln 1 und 2 von der Feder 7 ausgeübten Zugkraft erscheint an dcrn Arm des Hebels I ein Reaktionsmoment, das eine Reaktionskraft in dem Kabel 8 erzeugt. >>csc Kraft überträgt sich auf das Flugsteucrorgan und ist für den Flugschüler fühlbar.

Die Vorrichtung von F i g. 1 ermöglicht eine sehr leichte Einstellung des genauen Wertes der Reaktionskraft, beispielsweise durch eine entsprechende Bemessung der Feder 7 oder der genauen Lage ihrtr Befestigungsstelle am Hebel 2. Da die Feder 7 suns in der gleichen Richtung wirkt, d. h. stets eine Zugkraft auf die Gelenkverbindung zwischen den Hebeln 1 und 2 ausübt, ist es immer möglich, sich mit einer einzigen Feder zu begnügen. Die Einstellung der Spannung der Feder 7 kann beispielsweise durch Drehen einer Mutter 10 erfolgen, die auf das Ende des Hebels 2 aufgeschraubt ist und ais Gegenlager für eine Scheibe 9 dient, an der sich die Feder 7 abstützt. Es kann auch eine automatische Vorrichtung in Betracht gezogen werden, welche die Mutter 10 in Abhängigkeit von einem in einem Rechner des Flugsimulators gebildeten Sollwert vorwärts oder rückwärts schraubt.

In Fig. 1 ist eine besonders einfache Lösung zur automatischen Einstellung der Spannung der Feder 7 dargestellt. Zu diesem Zweck ist die Lage des Rings 5 in bezug auf die Achse 3 mit Hilfe eines Druckzylinders 11 einstellbar, dessen Kolbenstange 12 ;nen Lagerzapfen Ϊ3 für den Ring 5 trägt. Die Lage des Lagerzapfens 13 oder des Rings 5 kann mit sehr großer Geschwindigkeii verändert werden, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Vorrichtung, welche die Luftgeschwindigkeit relativ -um Flugzeug simuliert. Eine solche Vorrichtung wird beispielsweise durch einen Rechner gebildet, der die Sollwerte der Flugzeuggeschwindigkeit, der Windgeschwindigkeit und der Richtung des Flugzeugs relativ zum Wind empfängt. In Abhängigkeit von diesen Daten berechnet der Rechner die Lage des Rings 5, und er betätigt den Druckzylinder 11 entsprechend. Somit fühlt der Flugschüler in der Flugsteuerun;: des Simulators die gleichen Reaktionen, wie sie in der F iugsteuerung eines Flugzeugs erscheinen wurden, bei welchem die gleichen Bedingungen herrschen, wie sie beim Simulator angenommen werden.

Das Kabel 8 kann an dem Hebelsystem 1 und 2 an jedem beliebigen Punkt angreifen, nicht nur an cem in der Zeichnung dargestellten Punkt. Der Hebel i kann ein Winkelhebel sein, wenn eine solche Ausbildung we^en der örtlichen Bedingungen wünschenswert erscheint. Es ist auch möglich, die Kabel durch andere Übertragungsorgane für Kräfte oder Drehmomente zu ersetzen.

Die Vorrichtung von Fig. 1 enthält weiterhin Einrichtungen, die das Simulieren der Trimmlage ermöglichen. Zu diesem Zweck ist der Ring 5 mit einem Träger 14 verbunden, der um die Achse 3 schwenkbar ist. Der Druckzylinder 11 greift an einem unter der Bezeichnung Peaucdlier-Getriebe bekannten Gelenkviereck 15 an, das mit dem Ring 5 verbunden ist. so daft der Ring 5 nur über des Gelenkviereck 15 mit dem Träg°; J4 verbunden ist. Ein Verschwenken des Trägers 14 um die Achse 3 kann beispielsweise von einem Druckzylinder 16 oder irgendeinem anderen Kräfteoder Drehmomentübertragungsorgan gesteuert werden. Der Druckzylinder 16 ist am Träger 14 befestigt, während das Ende seiner Kolbenstange an dem Abschnitt 4 des Gestells verankert ist. Wenn das Flugstcuerorgan den Angriffspunkt 17 des Verbindungsglieds, also des Kabels 8, zu der Stelle 17' vorstellt, ist mit dem Kabel 8 eine Reaktionskraft fühlbar. Diese Reaktionskraft verschwindet, wenn der Druckzylinder 16, beispielsweise durch Einwirkung auf einen nicht dargestellten, dem Flugschüler zugänglichen Handgriff, Sn betätigt oder getrimmt wird, daß der Neigungswinkel (/) /wischen der die Wirkungsrichtung des Verbindungsglieds definierenden Geraden, (die bei dem gezeigten

Beispiel mit clem Kabel 8 zusammenfallt), und der von der Achse i und dem Mittelpunkt des Rings 5 bestimmten fibene auf den Wert ω' gebracht wird. Dies geschieht durch eine Drehung des vom Druckzylinder 16 gesteuerten Trägers 17 und dem Winkel (.·)'-(.·).

Die Gelenkverbindung /wischen den Hebeln 1 und 2 enthält zwei Schwenkachsen 18, die symmetrisch zu der Mittelebene des Hebels I in geringem Abstand voneinander an diesem befestigt sind und in eine Ausnehmung in einem am Hebel 2 befestigten Teil 27 eingreifen. Durch diese Gelenkverbindung kann die große Fimpfindlichkeit der Nullstellung der Ruder berücksichtigt werden.

Wenn der Simulator eine Kennlinie der Kraft /als Punktion der Verstellung D des f lugsteuerorgans wiedergeben soll, wie sie beispielsweise in !· i g. 3 dargestellt ist, kann die in F- i g. 2 dargestellte Ausführungsform in Betracht gezogen werden. Diese Ausführungsform ist derjenigen von F'i g. 1 sehr ähnlich und erfüllt im Prinzip die gleichen Punktionen. Der Hebel 1 ist nicht mehr direkt durch eine Gelenkverbindung mit dem Hebel 2 verbunden, sondern mit einer Kurvenscheibe 19 ausgestattet. In der Zeichnung ist eine Kurvenscheibe mit kreisrundem Profil dargestellt, doch ist es offensichtlich, daß das Profil der Kurvenscheibe 19 in Abhängigkeit von der gewünschten Kennlinie zwischen der Kraft f~ und der Verstellung D gewählt sein kann, die erhalten werden soll, so daß es sehr stark von einem kreisrunden Profil abweichen kann. In einer Rille der Kurvenscheibe 19 liegen zwei Kabel 20 und 21.

Diese Kabel sind an der Kurvenscheibe m einem Schiit/ 22 der Kurvenscheibe festgelegt und an einem Punkt 23 eines Hebels 24 befestigl. Der Hebel 24 ist um eine am schwenkbaren Träger 14 befestigte Achse 25 drehbar und di.reh ein Gelenk mit dem Hebel 2 verbunden. Wenn sich die Kurvenscheibe 19 so dreht, daß das Kabel 20 gespannt wird, wird das Kabel 21 entlastet, und wenn sich umgekehrt die Kurvenscheibe !9 in der entgegengesetzten Richtung dreht, entspannt sich das Kabel 20. während das Kabel 21 gespannt wird. Da die Verstellamplituden des Hebels 1 verhältnismäßig klein sind, kann die Schlaffheit der Kabel 20 und 21 dadurch vermieden werden, daß sie leicht gegeneinander gedrückt werden, beispielsweise mit Hilfe einer nicht tiargestellten Klemme. Anstelle von Kabeln können auch andere biegsame Verbindungselemente vorgesehen werden, beispielsweise Ketten. In diesem I all enthält die Kurvenscheibe 19 keine Rille, sondern /ahne, die in die Kette eingreifen.

Anstelle des in Y i g. I gezeigten Gelenkvicrecks 1 > is! in F-" i g. 2 ein einfacher Hebel 26 vorgesehen. Dieser Hebel ist um die Achse 25 drehbar und trägt den Ring 5. Die Stellung des Rings 5 wird, wie in Fig. 1. von dem Druckzylinder 11 gesteuert, jedoch geschieht bei der Vorrichtung von F" i g. 2 diese Steuerung über den Hebel 26.

We'.'n eine geringere Genauigkeit zulässig ist. kann der Heb·:! 24 entfallen, und die Kabel 20 und 21 können direkt am Hebel 2 befestigl sein.

Hierzu 2 lilalt Zeichmmuen

Claims

Patentansprüche:

1. Kräftesimulalor für Flugsteuerungen mit einem Gestell, wenigstens einem am Gestell montierten Flugsleuerorgan, einer elastischen Vorrichtung, welche die Reaktion eines Flugzeugniders simuliert, und mit wenigstens einem Verbindungsglied zwischen dem Flugsteuerorgan und der elastischen Vorrichtung, wobei die elastische Vorrichtung zwei über eine symmetrische Gelenkverbindung mit zwei zu beiden Seiten einer Symmetrieebene eines der Hebel angeordneten Angriffspunkten miteinander verbundene Hebel aufweist, von denen der erste Hebel über das Verbindungsglied mit dem Flugsteuerorgan verbunden und um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, während der zweite Hebel in einem in regelbarem Abstand von der Schwenkachse gehaltenen Ring schwenkbar und gleitbar ist und unter der Einwirkung von wenigstens einer Feder sttfci. die einerseits an dem Ring und andererseits am zwciieii nebe! abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung zwischen den beiden Hebeln (1, 2) ein mit einem Hebel verbundenes Teil (27; 19) aufweist, an welchem beiderseits der Symmetrieebene zwei nur in einer Richtung wirksame Verbindungsglieder (18; 20, 21) zum anderen Hebel angreifen, die derart angeordnet sind, daß die Spannung der am zweiten Hebel (2) abgestützten Feder (7) in einer Nullstellung über beide Verbindungsglieder (18; 20, 21) und beim Verschenken des ersten Hebels (1) aus der Nullstellung in der einen oder anderen Richtung nur über das eint bzw. das andere Verbindungsglied (18; 20, 21) vom zweiten Hebe¹. (2) puf den erster. Hebel (1) übertragen wird.

2. Kräftesimuiator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsglieder der Gelenkverbindung zwei an einem der beiden Hebel (1) im Abstand voneinander befestigte Schwenkachsen (18) sind, die in eine Ausnehmung in dem am anderen Hebel (2) befestigten Teil (27) angreifen, und daß sowohl die Schwenkachsen (18) als auch d'? Ausnehmung in der Nullstellung symmetrisch zu den Mittelebenen der beiden Hebel (1,2) liegen.

3. Kräftesimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindungen zwischen den beiden Hebeln (1, 2) zwei biegsame Verbindungsglieder (20, 21) aufweist, die einerseits an einem Punkt (23) eines mit dem zweiten Hebel (2) verbundenen Teils (24) und andrerseits an zwei zu beiden Seiten der Mittelebene des ersten Hebels (1) liegenden Punkten des mit dem ersten Hebel verbundenen Teils (19) angreifen.

4. Kräftesimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß clic beiden biegsamen Verbindungsglieder (20, 21) um eine mit dem ersten Hebel (1) verbundene Kurven scheibe (19) gelegt sind.

5. Kräftesimuiator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hebel (2) durch eine Gelenkverbindung mit einem dritten Hebel (24) verbunden ist. der um eine Achse (25) schwenkbar ist, und daß die den zweiten Hebel (2) mit dem ersten Hebel (1) verbindenden biegsamen Verbindungsglieder (20, 21) an einem Punkt (23) des dritten I lebcls (24) befestigt sind.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kräftesimulator für Flugsteuerungen mit einem Gestell, wenigstens einem am Gestell montierten Flugsteuerorgan, einer elastischen Vorrichtung, welche die Reaktion eines Flugzeugruders simuliert, und mit wenigstens einem Verbindungsglied zwischen dem Flugsteuerorgan und der elastischen Vorrichtung, wobei die elastische Vorrichtung zwei über eine symmetrische Ge'enkverbindung mit zwei zu beiden Seiten einer Symmetrieebene eines der Hebel angeordneten Angriffspunkten miteinander verbundene Hebel aufweist, von denen der erste Hebel über das Verbindungsglied mit dem Flugsteuerorgan verbunden und um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, während der zweite Hebel in einem in regelbarem Abstand von der Schwenkachse gehaltenen Ring schwenkbar und gleitbar ist und unter der Einwirkung von wenigstens einer Feder steht, die einerseits an dem Ring und andrerseits am zweiten Hebel abgestützt ist.

Kräftesimulatoren dieser Art sind zur Ausstattung eines Flugsimulator;, für das Training und die Ausbildung von Flugzeugpiloten bestimmt. Das Gestell ist beispielsweise mit einem Cockpit verbunden, das Flugsteuerorgan kann ein Lenkrad oder ein Steuerknüppel sein, und das Verbindungsglied zwischen dem Flugsteuerorgan und der elastischen Vorrichtung ist beispielsweise ein Kabel oder ein Ölleitungssystem.

Bei bekannten Kräftesimulatoren, beispielsweise gemäß der DE-AS 10 99 365, sind zwei gegensinnig wirkende Federn vorgesehen, die das mit ihnen verbundene Steuerorgan in die Ruhestellung zurückzubringen suchen. Da es schwierig ist, zu gewährleisten, daß die Federn völlig gleich sind, oder daß ursprünglich gleiche Federn während ihrer ganzen Lebensdauer gleich bleiben, ergibt die Verwendung von zwei einander entgegenwirkenden Federn bei einem Kräftesimulator für F'lugsteuerungen den Nachteil, daß sich die Gleichgcwichtsstellung der Flugsteuerungen im Verlauf der Zeit ändern kann; außerdem is_; as schwierig, eine die Flugzeuggeschwindigkeit simulierende Vorspannung auszuüben.

Diese Schwierigkeit wird bei einem aus der GB-PS 6 58 665 bekannten Kräftesimulator vermieden, der zwei durch eine Gelenkverbindung miteinander verbundene Hebel aufweist, von denen der erste Hebel über das Verbindungsglied mit dem Flugsteuerorgan verbunden und um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, während der zweite Hebel in einem in regelbarem Abstand von der Schwenkachse gehaltenen Ring schwenkbar und gleitbar ist und unter der Einwirkung von wenigstens einer Feder steht, die einerseits an dem Ring und andrerseits am zweiten Hebel abgestützt ist.

Außerdem ist aus der DE-PS 9 38 765 ein Kräfteimpulsator bekannt, der eine gestreckte Hebclanordnung aufweist, die gegen eine immer gleichgerichtete Zugkraft arbeitet.

Alle diese bekannten Kräfte·imulatoren sind in der Nachbarschaf! dor Nullstellung, bei der auf das Flugsteucrorgan keine Kraft ausgeübt wird, unempfindlich und gestatten deshalb keine richtige Simulation der tatsächlich auftretenden Reaktionen auf das Flugzeugruder.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines sehr wahrheitsgetreuen Kräftesiinulators von einfachem Aufbau und sehr leichter Einstellung, der unter Aufrcchterhaltung der Möglichkeit einer die Flugzeuggeschwindigkeit simulierenden veränderlichen Vor-