DE2220243C3 - Mechanische Abstützvorrichtung für einen zwischen einem Handsteuerorgan und einer Steuerfläche eines Luftfahrzeugs eingeschalteten Stellmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanische Abstützvorrichtung für einen zwischen einem Handsteuerorgan und einer Steuerfläche eines Luftfahrzeugs eingeschalteten Stellmotor, welche in Parallelschaltung zu einem Übertragungsgestänge zwischen dem Handsteuerorgan und dem Stellantrieb angeordnet ist, wobei der Stellmotor in Reihenschaltung im Übertragungsgestange zwischen der Abstützvorrichtung und der Steuerfläche angeordnet ist und welche eine von dem Übertragungsgestänge betätiglbare, erste Welle aufweist, die mittels einer lösbaren Reibbremse blockierbar ist.

Die Erfindung ist vor allem für die Steuerung von Drehflügelflugzeugen anwendbar, bei denen eine automatische Vorrichtung (Selbststeuergerät oder Stabilitätsverstärkungssystem) den die Steuerflächen betätigenden Kolben-Zylinder-Einheiten Informationen liefert, wobei jedoch der Pilot ständig einerseits mit Hilfe von Handsteuerorganen das Luftfahrzeug selbst steuern und andererseits die Mittellage einstellen können muß, aus welcher heraus diese automatischen Vorrichtungen arbeiten.

Zu diesem Zweck sind bereits Vorrichtungen bekannt geworden, die aus einem in dem Übertragungsgestänge eines Handsteuerorgans angeordneten elastischen Teil bestehen, dem Kontakte zur Ausschlagsbegrenzung und eine elektromagnetische Bremse beigegeben sind. Diese Vorrichtungen sind jedoch nicht sehr zuverlässig und erzeugen systematisch ein Spiel in dem Übertragungsgestänge.

Ferner sind Kugelblockiervorrichtungen zur Blockierung der Übertragung:»- bzw. Steuergestänge bekannt, die bei Überschreiten einer bestimmten Krafi gelöst werden. Die Blockierung wird durch eine zusatzliche mechanische Steuerung außer Betneb gesetzt. Derartige Vorrichtungen verschleißen jedoch schnell, und wenn sie nicht in einwandfreiem Zustand sind, besteht die Gefahr, daß das Steuersystem zu falschen Zeitpunkten blockiert wird. Ferner besitzt eine Kugelblockiervorrichtung aufgrund der unerläßlichen Montageioleranzen der Kugel bzw. Kugeln in ihren Aussparungen stets Spiel.

Eine mechanische Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist z. B. durch die DT-OS 17 81 220 bekannt geworden. Diese bekannte Vorrichtung ist so aufgebaut, daß der Pilot, wenn er beispielsweise aufgrund eines Windstoßes oder einer größeren Turbulenz eingreifen muß. eine konstante Kraft aufbringen muß. andererseits aber keinerlei Reaktion erfühlen kann, die ihm den Umfang der Bewegung, die er ausführen will, vor Augen führt. Zudem verbleib) das Handsteuerorgan in seiner Stellung, wenn es losgelassen wurde, und der Pilot muß durch Ertasten das Handsleuerorgan wieder in die Stellung zurückführen, die der Flugtrimmlage entspricht und die dieselbe Stellung ist, wie diejenige, welche das Handsteuerorgan inne hatte, ehe der Pilot eingriff.

Der Erfindung lieg;t die Aufgabe zugrunde, eine Abstützvorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche folgende drei Arbeitsgänge gestattet: Die Betätigung der Steuerfläche allein durch den Stellmotor, indem sich dieser an der eine Verankerung bildenden Abstützvorrichtung abstützt; die freie oder einer Federkraft mit einem Schwellwert entgegenwirkende Hansteuerung der Steuerfläche, wobei der Stellmotor keine Wirkung hat, und die Wahl einer Mittelstellung der Steuerfläche, aus welcher heraus sowohl das Handsteuerorgan als auch der Stellmotor wirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der ersten Welle eine Zange schwenkbar angeordnet ist deren Schenkel mittels einer Feder gegeneinander vorgespannt sind und mit jeweils einer plattenförmigen Back« versehen sind, die sich überlappen und daß zwischen den Backen ein erster, über einen Hebel mit der ersten Welle verbundener Daumen und ein zweiter, eine zweite: Welle betätigender Daumen angeordnet sind, wobei auf die zweite Welle die Reibbremse einwirkt.

Der Pilot arbeitet bei der Erfindung entgegen einer Feder; je mehr er das Steuerorgan aus der vorher festgelegten Stellung entfernt, desto mehr erfühlt er die Kraft der Feder. Somit ist gemäß Jsr Erfindung die Steuerung fühlbar geworden. Zudem nimmt der Steuerknüppel von selbst wieder die vorher festgelegte Stellung ein, wenn der Pilot diesen losgelassen hat. Wenn also der Pilot die Trimmlage der Maschine ändern will, so genügt es, wenn er die Bremse lockert, um ohne irgendeine Widerstandskraft seitens der Steuereinrichtungen die neue Gleichgewichtslage festzulegen, worauf er die Bremse wieder in Betrieb setzt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat also den folgenden Vorteil, daß sie in einem geschlossenen Gehäuse die Feder, die die Gegenkraft der Steuerung _ϊ5 bestimmt, und die Vorrichtung zur Verankerung des Stellantriebs umschließt. Dadurch wirci der Einbau vereinfacht und die Zuverlässigkeit der Bauteile erhöht Die Gegenkraft wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung so durch eine einzige Rückholfeder erzeugt, die auf Verdrehung arbeitet, wodurch man eine Symmetrie der Kräfte um den Nullpunkt herum ohne Einführung eines Spiels erhält.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet ferner parallel zur Betätigung der Feder den Betrieb eines Kontaktes, welcher das Selbststeue-gerät oder das Stabilitätsverstärkungssystem auf die sogenannte transparente Steuerung einstellt. Dieser Kontakt scualtet nämlich die Wirkung des Stellantriebs auf die Steuerung aus, so daß die Steuerung manuell wird, wobei die von dem Pilot wahrgenommene Gegenkraft die von der Rückholfeder ^u beiden Seiten der Mitteiiage der Steuerung gelieferte Gegenkraft ist.

Zweckmäßige Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- _3S Sprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Steuer- ,₀ werks eines Luftfahrzeugs mit einer Abstützvorrichtung,

F i g. 2 einen Aufriß der Abstützvorrichtung, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie IU-I¹I von F i g. 2, Fig.4 einen Fig.3 entsprechenden Schnitt durch eine andere Ausführungsform,

F i g. 5 eine schematische perspektivische Darstellung der Abstützvorrichtung und

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie Vl-VI von F i g. 5. Bei dem auf F i g. 1 dargestellten Steuerwerk eines _so Luftfahrzeugs ist ein Handsteuerorgan A, beispielsweise ein Steuerknüppel oder ein Hebel, über ein Übertragungs- oder Steuergestänge Ci, C2 mit einer Steuerfläche oder einem Ruder B verbunden. Zwischen den beiden Teilen des Steuergestänges Ci, Ci ist eine mechanische Abstützvorrichtung D montiert, die mit diesem Steuergestänge Ci Ci mechanisch durch einen Kurbelarm E verbunden ist. Das Steuergestä'ige enthält ferner einen Stelirr "tor /'. der aus einei Kolben-Zylinder I inhci; besteht .lurch ein Se bststeuo.rgerät Coder im F all eines iirohü.ifi-'lfkigzeugs durch ein Suibiiuäts \erstarkii'igss>stcn> >-oMcnert wild.

Aufgabe der πηί h,mischen Abstut/ .on ichtung D und ihres Kurbelaimes f. ist es, Dei automatischer Steuerung einen Ahslutzpunkt fur den Nteilmotoi F zu gj bilden, so daß diese· auf das Ruder B einwirken kann, ur.'J andererseits d*e Handsteuerung des Finders B mit Hilfe des I landsteuernruans A über den blockierten und nicht wirkenden Stellmotor Fzu ermöglichen.

Bei der zweiten Arbeitsweise gestattet die mechanische Abstützvorrichtung D entweder eine freie Handsteuerung, bei der die Raktionen auf die Steuerung lediglich die aerodynamischen Reaktionen des Ruders sind, oder eine Handsteuerung entgegen einer Federkraft, durch die auf das Handsteuerorgan eine bestimmte Gegenkraft ausgeübt wird (sogenannte transparente Steuerung), die bestrebt ist, das Handsteuerorgan A und damit das Ruder Bin eine bestimmte Mittellage zu bringen.

Zu diesem Zweck kann die Abstützvorrichtung D auf die auf den F i g. 2 und 3 dargestellte Weise ausgebildet sein.

Der Kurbelarm E ist an einer Welle 3 befestigt, die frei drehbar in Lagern 3a und 36 gelagert ist, die in dem Gehäuse 11 und der dieses Gehäuse abschließenden Platte 12 befestigt sind. An der Weile 3 ist durch einen Stift 21 ein Hebel 5 befestigt (vgl. auch F i g. 5), der einen flachen, zur Welle 3 parallelen Daumen 5<i trägt.

Auf der Welle 3 ist ein Zahnsegment 10 frei drehbar, das ebenfalls einen Daumen 10a aufweist, der dem Daumen 5a gegenübersteht.

Die Daumen 5a und 10a sind zwischen plattenförmigen Backen 6a und Ta festgeKlemmt. die an dem Schenkel 6 bzw. 7 einer Zange befestigt sind. Diese Schenkel 6, 7 sind auf der Welle 3 frei drehbar, sind jedoch durch eine auf Torsion arbeitende, schraubenförmige Feder 4 miteinander verbunden, deren parallel zur Welle 3 gebogene Enden in Bohrungen 22 und 23 eingreifen, die in den Schenkeln 6 und 7 vorgesehen sind. Dadurch halten die Backen 6a und 7a die Daumen 5a und 10a in Flucht, d. h. schaffen eine feste Verbindung zwischen dem Hebel 5 und dem Zahnsegment 10. solange die auf diese Elemente einwirkenden Kräfte kleiner als das von der Feder 4 gelieferte Federmoment sind. Wenn dieses Moment durch eine Einwirkung auf den Kurbelarm £' in der einen oder der anderen Richtung überschritten wird, verlassen die Daumen 5a und 10a die Stellung, in der sie fluchten, und die Backen 6a und 7a entfernen sich voneinander.

Der Schenkel 6 trägt eine Kontakteinrichtung 8. die mit dem automatischen Navigationsgerät oder Selbststeuergerät G über biegsame Drähte 24 und eine auf dem Gehäuse 11 befestigte Anschlußeinrichtung 25 verbunden ist.

Der Schenkel 7 trägt eine Stellschraube 14, die auf einen Stößel 26 der Kontakteinrichtung 8 zu gerichtet ist, so daß sie auf diesen Stößel 26 einwirkt, wenn die Daumen 5a und 10a fluchten, d. h. wenn die Backen 6a, 7a geschlossen sind.

Das Selbststeuergerät G oder das Stabilitätsverstärkungssystem, das in Tätigkeit ist, wenn die Backen 6a, 7a einander genähert sind, wird durch die Kontakteinrichtung 8 außer Betrieb gesetzt, wenn sich die Backen 6a und 7a voneinander entfernen, so daß der Stellmotor F in dem Steuergestänge Ci, C2 nur noch eine passive Rolle spielt.

Das Zahnsegment 10 stehi mit einem Ritzel 2 in Eingriff, das auf einer /w eiten Welle 15 befestig! ist. auf welcher eine Bremsscheibe 9 angebracht ist.

Die Welle 15 ist frei drehbar 1:1 Lagern 27 und 28 gekliert, die in dem Gehäuse 11 b/w. in einer Platte 12 montiert sind.

r.in Peil des Umfang«· de: Bremsscheibe 9 befindet sah /wischen zwei Bremsklötzen 29 und 30 Der Bremsklotz 29 ist feststehend an der Platte 12 angebracht. Der andere Bremsklotz 30 ist in einem

bekannten Elektromagneten 1 in einem Gleitlager montiert, ist dem Druck einer Feder ausgesetzt, so daß die Bremsscheibe 9 gebremst wird, und ist an einem Ferromagnetkem befestigt. Zur Freigabe der Bremsscheibe 9 kann dieser Kern durch den Elektromagneten 1, der über einen außerhalb der Vorrichtung vorgesehenen Kontakt und die Anschlußeinrichtung 25 gespeist wird. Wenn der Elektromagnet 1 erregt ist, wird die Bremsplatte 9 zurückgeholt und die Bremsscheibe 9 kann sich frei drehen.

Wie Fig. 4 zeigi. kann die auf den Fig. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung durch einen Elektromotor 16 ergänzt werden, der die Welle 15 über eine Untersetzung 17 und eine Kupplung 18 antreiben kann. Diese drei Organe sind in einer Einheit zusammengebaut. Die Welle 15 ist an dem Ausgang der Kupplung 18 befestigt. Dieser Elektromotor 16 gestattet eine automatische oder vom Piloten selbst gesteuerte Rückführung der Steuerung in eine Mittellage.

Wenn sich beispielsweise die Wetterbedingungen während eines Fluges ändern oder wenn das Flugver halten geändert werden soll, kann der Ausschlag des Stellmotors F nach einer Seite für die gewünschte Stellung des Luftfahrzeugs nicht mehr ausreichen. In diesem Fall muß der Kurbelarm /f. der den Abstützpunkt des Stellantriebs bildet, versetzt werden. Dieser Arbeitsgang kann mit Hilfe des Elektromotors 16 durchgeführt werden, der hierbei entweder durch das Selbststeuergerät G oder von dem Piloten über einen im Speisekreis des Elektromotors 16 angeordneten Schalter gesteuert wird.

Wenn das Selbststeuergerät G die Steuerung vornimmt, müssen dessen Stromkreise eine Information über die Stellung des Kurbelarms £ erhallen. Hierzu ist ein die Stellung meldendes Potentiometer 19 am Ende der Welle 15 an der Platte 12 befestigt. Der Läufer dieses Potentiometers 19 ist an der Welle 15 befestigt.

Ohne Elektromotor 16 sind zwei Betriebsarten — Bremse angezogen und Bremse gelöst — möglich.

Bei gelösten Bremsen wird der Elektromagnet 1 ständig gespeist. Die Welle 3 nimmt nun die Welle 5 ungehindert über die durch die Zange 6, 7 drehfest miteinander verbundenen Daumen 5a und 10a mit. Die Vorrichtung gestattet nun die Handsteuerung, ohne selbst irgend eine Rolle zu spielen.

Wenn der Elektromagnet 1 nicht mehr gespeist ist. ist die Bremse angezogen, d. h. die Bremsscheibe 9 ist durch die Bremsklötze 29 und 30 blockiert. Infolgedessen steht der Kurbelarm E fest solange auf diesen eine Kraft ausgeübt wird, die kleiner als das von der Zange 6, 7 auf die Daumen 5s und 10a ausgeübte Moment ist. Der Kurbelarm E bildet hierbei den Abstützpunkt des Stellmotors F.

Wenn der Pilot nun wieder die Handsteuerung übernehmen und nicht mehr über das Selbststeuergerät Gsteuern will, betätigt er das Handsteuergerät A, indem er auf diese zu Beginn ein Moment ausübt, das größer als das von der Feder 4 gelieferte Moment ist; dadurch entfernen sich die Bäckern der Zange 6, 7 voneinander. Eine Backe liegt nämlich an dem Daumen 10a an, der durch die Bremse blockiert ist, und die andere Backe wird durch den Daumen 5a bewegt, so daß das

■ ο Navigationsgerät G über die Kontakteinrichtung 8 ausgeschaltet wird. Diese Kontakteinrichtung kann die Rückbewegung des Stellmotors Fm seine feststehende Mittelstellung bewirken. Von diesem Zeitpunkt an wirkt ausschließlich der Pilot auf die Steuerung ein. indem er

die Kraft der Feder 4 überwindet. Sobald er die Steuerung freigibt, wird der Kurbelarm E durch die Feder 4 in seine Ausgangsstellung zurückgeholt, die Kontakteinrichtung 8 wird betätigt und das Navigationsgerät tritt wieder in Betrieb.

Der Pilot kann auch die Steuerung auf eine neue Mittellage einstellen, indem er das Handsteuerorgan A in einer neuen Stellung hält und anschließend den Elektromagneten 1 betätigt, der die Bremse außer Aktion setzt. Die Welle 15 nimmt nun eine neue Winkelstellung an und die Daumen 5a und 10a bewegen sich zurück, bis sie wieder einander gegenüberselzen. Dann schaltet der Pilot den Elektromagneten 1 aus, die Bremse schließt sich wieder und der Kurbelarm E ist in seiner neuen Stellung blockiert. Das automatische Navigationsgerät G nimmt seinen Betrieb wieder auf. da der Kontakt 8 wieder betätigt ist.

Die auf F i g. 4 dargestellte Ausführungsform gestatte» dieselben Betriebsarten, wenn die Kupplung io gelöst ist und die Bremse offen oder geschlossen is».

Der Elektromotor 16 ermöglicht jedoch ein automatisches Trimmen durch das Selbststeuergerät G oder gegebenenfalls ein manuelles Trimmen durch die Kontakte, die von dem Piloten in der folgenden Reihenfolge betätigt werden: Kupplung 18 in Eingriff

bringen. Bremse durch Erregung des Elektromagneten 1 öffnen und Speisung des Elektromotors 16.

Die Kupplung 18 hat die Aufgabe, bei manueller Steuerung jeden passiven Widerstand in dem Steuergestänge C\, O auszuschalten und andererseits den Motor 16 zu schützen, wenn die Eircnise nach der von diesem Motor 16 ausgeführten Rückführung der Steuerung in eine neue Mittellage wieder in Tätigkeit tritt und die Drehung der Welle 19 blockiert.

Durch die Auskupplung des Motors 16. sobald die

gewünschte Stellung erreicht ist. erhält man außerdem eine höhere Steuergenauigkeit, da hierbei die Wirkung der Trägheit des Motors 16 ausgeschaltet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Mechanische Abstützvorrichtung für einen zwischen einem Handsteuerorgan und einer Steuerfläche eines Luftfahrzeugs eingeschalteten Stellmotor, welche in Parallelschaltung zu einem Übertragungsgestänge zwischen dem Handsteuerorgan und dem Stellantrieb angeordnet ist, wobei der Stellmotor in Reihenschaltung im Übertragungsgestänge zwischen der Abstützvorrichtung und der Steuerfläche angeordnet ist und welche eine von dem Übertragungsgestänge betätigbare, erste Welle aufweist, die mittels einer lösbaren Reibbremse blockierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Welle (3) eine Zange schwenkbar angeordnet ist, deren Schenkel (6, 7) mittels einer Feder (4) gegeneinander vorgespannt sind und mit jeweils einer plattenförmigen Backe (6a. 7a) versehen sind, die sich überlappen und daß zwischen den Backen (6a, 7a) ein erster, über einen Hebel (5) mit der ersten Welle (3) verbundener Daumen (5a) und ein /weiter, eine zweite Welle (15) betätigender Daumen (10a) angeordnet sind, wobei auf die zweite Welle (15) die Reibbremse (9,29,30) einwirkt.

2. Abstützvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (4) schraubenförmig zwischen den Schenkeln (6, 7) und zu der ersten Welle (3) koaxial angeordnet ist.

3. Abstützvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Daumen (10a) starr mit einem auf der ersten Welle (3) schwenkbar gelagerten Zahnsegment (10) vertunden ist und das Zahnsegment (10) in Eingriff mit einem Ritzel (2) der zweiten Welle (15) steht.

4. Abstützvorrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Welle (15) eine Bremsscheibe (9) befestigt ist. die von einem festen (29) und einem unter Federkraft stehenden Bremsklotz (30) blockierbar und mittels eines auf den ^₀ Bremsklotz (30) wirkenden Elektromagneten (1) lösbar ist.

5. Abstützvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (6, 7) der Zange auf eine elektrische Kontaktvorrichtung (8) einwirken. die mit der Steuereinrichtung für den Stellmotor (F) verbunden ist.

b. Abstützvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (15) über eine Kupplung (18) durch einen Motor (16) verstellbar ist.

7. Abstützvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (15) mit einem ihre Winkelstellung messenden Potentiometer (19) gekoppelt ist. _S5