DE2224029A1 - Vorrichtung zum Erzeugen von einer von irgendeiner von zwei veränderlichen Eingangsgrößen unabhängig steuerbaren veränderlichen Ausgangsgröße - Google Patents

Description

United Aircraft Corporation 2224029

400 Main Street

East Hartford,Conn.06I088

VORRICHTUNG ZUM ERZEUGEN VON EINER VON IRGENDEINER VON ZWEI VERÄNDERLICHEN EINGANGSGROSSEN UNABHÄNGIG STEUERBAREN VERÄNDERLICHEN

AUSGAKGSGROSSE.

Priorität: USA 146.570
Patentanmeldung vom 20. Mai 1971

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von einer von irgendeiner von zwei kontinuierlich einstellbaren Eingangsgrtfssen unabhängig steuerbaren veränderlichen Ausgangsgröase.

Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung von der oben bezeichneten Art bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen dieser Art nicht aufweist.

Das Ziel der Erfindung wird erreicht durch eine Vorrichtung mit zwei miteinander arbeitenden Elementen, welche ein Ausgancssignal erzeugen, das als Funktion ihrer relativen Stellung vera'nde:·- bar ist, und zwei unabhängig und kontinuierlich voneinander verdrehbaren Eingangselementen, wovon ein erstes Eingangselement mit dem ersten Element und ein zweites. Eingangselernent mit "dem zweiten Element verbunden ist, und die Drehung einc3 der Kingangselt-

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mente eine Änderung der Lage des mit ihm verbundenen Elementes bezüglich des anderen Elementes unabhängig von der Stellung des anderen Einyangselementes hervorruft.

Die Erfindung ist insbesondere geeignet for die periodische Steigungssteuerungsvorrichtung eines Hubschraubers. Sie erlaubt es den Hebel for die periodische Steigungssteuerüng mittels Daumenräder, welche vorzugsweise in der Pilotenkanzel jeweils auf den Hebel für die periodische Steigungssteuerung angeordnet sind, in jede gewünschte Stellung einzustellen. Die Vorrichtung erlaubt es dann dem Piloten und dem Co-Piloten die Steuerungsvorrichtung für die periodische Steigunossteuerung unabhängig voneinander einzustellen, während dennoch die volle Steuerungsfähigkeit durch jeden von ihnen erhalten bleibt.

Die Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben,, in welchen eine bevorzugte Ausföhrungsform derselben dargestellt ist. Darin sind:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Fluglagensteuerung nach der Erfindung;

Figur 2 eine schematische Darstellung in Blockdiagrammform des elektronischen Teiles der Steuerung nach Figur 1;

die Figuren 2A und B jeweils ein Diagramm des Verstärkungsverlaufes und der resultierenden Kraft in der Kippachse für die Steuerung nach den Figuren 1 und 2;

Figur 3 eine schematische Darstellung der Einzelteile des mechanischen Teiles der Steuerung nach Figur 1; sowie ein ßlockdiagramm des Fehlerfeststellsystems;

Figur 3A eine graphische Darstellung der Funktion des Klinkenmechanismus der Figur 3;

Figur 4 ein Schnitt durch das Daumenrad nach der Erfindung, welches im Einstellsystem der Figur 1 benutzt werden kann;

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Figur 5 ein Schnitt entlang der Ausgangeseite des Daumenrades der Figur 4;

Figur 6 ein Schnitt entlang der Eingangsseite des Daumenrades der Figur 4;

Figuren 7 und 8 Darstellungen der Segmeate Λ und C der Figuren 4 und 6; und

Figur 9 ein Blockdiagramm, welches die Einzelheiten des Einstellsystems der Figur 1 zeigt. · "

Das hierin beschriebene Gefühlverbesserungssystem ist auf jedes Steuerglied anwendbar, welches eine Fluglageiiänderung oder Rohenänderung eines Flugkörpers in Abhängigkeit von der Verstellung des Steuergliedes hervorruft. Jedoch wird sich bei der Beschreibung einer bevorzugten Ausföhrungsform bewusst auf den Hebel for die periodische Steigungssteuerung in einem Helikopter beschränkt und speziell die Fluglagenänderungen im Kippkanal des Hubschraubers betrachtet, welche durch die Verstellung des Hebels für die periodische Steigungssteuerung hervorgerufen werden.

Das Gefühlvergrösserungssystem übt Kräfte auf· den Hebel for die periodische Steigungssteuerung aus, welche im Zusammenhang mit dem Belastungsfaktor stehen, welcher durch die Eingangskommandos derselben erzeugt werden. Das Verhältnis der ausgeübten Kräfte zu dem induzierten Belastungsfaktor wird mit veränderlicher Fluggeschwindigkeit konstant gehalten» Somit werden für den Piloten wünschenswerte Bedienungseigenschaften bereitgestellt, welche sich nicht mit der Fluggeschwindigkeit verändern. D.h., wenn der Pilot eine Kraft am Hebel für die periodische Steigungssterung von 7 kp ausübt, wird er unabhängig von der Fluggeschwindigkeit eine Belastung von 1 g erzeugen, während die Hebelverstellung, welche notwendig ist um eine Belastung von 1 g zu erzeugen, mit zunehmender Fluggeschwindigkeit abnimmt, ändert sich die aufzubringende Kraft nicht und bei einer Fluggeschwindigkeit vou 370 km/h bewirkt der Pilot eine gegebene Reaktion dec Flugkörpers mit der gleichen Kraft, wie sie bei 185 km/h aufgewendet wird.

Das GefÜhlvergrösaerungssystcm der Erfindung ist in der Figur 1

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dargestellt. Es werden redutante Systeme benutzt, welche auf die Kommandos des Piloten ansprechen. Fühler IO und IO' liefern Flugdatenmesswerte mit welchen in den Blöcken 12 und 12' Berechnungen angestellt werden. Als Folge der Eingangssignale von den Fühlern und den damit ausgeführten Berechnungen, werden den Gefühlbetätigungsvorrichtungen 14 und 14' Signale zugeführt, durch welche die Betätigungsvorrichtung 14 und 14' Kra'fte auf ein Joch ausüben. Weil die beiden Gefühlbetä'tigungsvorrichtungen 14 und 14' identisch sind und auf gleiche Eingangssignale ansprechen, sollten die Kräfte, welche von den Betätigungsvorrichtungen^ und 14" am Joch 16 hervorgerufen werden, identisch sein und eine Verschiebung des Joches 16 nach rechts in der Figur 1 bewirken, ohne dass eine Drehkomponente am Joch auftritt.

Eine Steuerstange 18 ist am Mittelpunkt des Joches 16 schwenkbar befestigt und mit dem Joch verstellbar. An der Steuerstange 18 ist desweitern im Drehpunkt 20 der Hebel für die periodische Steigungssteuerung über das Verbindungsglied 22 angeschlossen. Eine von den Bestätigungsvorrichtungen 14 und 14* auf das Joch 16 ausgeübte Kraft wird über die Steuerstange 18 übertragen und vom Piloten über das Verbindungselement 22 wahrgenommen. Eine Über- »teuerungevorrichtung wie βie aus ähnlichen Steuersystemen bekannt iet, ist in der Steuerstange 18 vorgesehen, um dem Piloten zu erlauben die Steuerung des Hubschraubers vorzunehmen, selbst dann, wenn eine Störung auftritt, welche das Joch 16 in einer bestimmten Stellung blockieren würde. Die Steuerstange 18 verbindet den Hebel für die periodische Steigungssteuerung über ein Servo-aystem mit den Steuerflächen des Hubschraubers.

Eine Einstellsteuerung 26, welche mittels eines Daumenrades 28 einstellbar ist, liefert zusätzlich Eingangssignale an die Rechnerblöcke 12 und 12*. Die Einstellsteuersignale stellen den eingeechwungenen Wert der angegebenen Kra'fte dar, welche von den Betätigungsvorrichtungen 14 und 14" arn Joch 16 ausgeübt werden, in Abhängigkeit von der Abgleichstellung des Hebels für die periodische Steiguncjssteuorung und erlauben es diese Abgleichstellung durch den Piloten nach Wunsch zu verändern.

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Eingangssignale, welche durch den Piloten mit dem Hebel für die periodische Steigungssteuerung eingegeben werden, werden, der zugehörigen Steuerfläche des Hubschraubers, wie etwa den Rotorbla'ttern zugeführt, um eine Fluglagena'nderung des Hubschraubers zu bewirken. Die Fühler 10 und 10' sprechen auf die Fluglagena'nderung an, und erzeugen am Joch 16 eine Kraft, welche mit dem Belastungsfaktor in Beziehung steht, der durch die vom Piloten hervorgerufene Fluglagena'nderung bewirkt wird. Der Pilot wird diese Kraft als eine Gegenkraft am Hebel für die periodische Steigungssteuerung fühlen.

Wenn der Pilot den Hebel für die periodische Steigungssteuerung verstellt, kann der Belastungsfaktor, welcher durch die Eingangssignale der periodischen Steigungssteuerung am Helikopter hervorgerufen wird, vom Belastungsfaktor getrennt werden, welcher durch den Hebel für die kollektive Steuerung hervorgerufen wird, indem die Kippgeschwindigkeit q des Rumpfes gemessen wird, und mit der Fluggeschwindigkeit V multipliziert wird. D.h. der Bela stungsfaktor, hervorgerufen durch die periodische Steigungssteuerung, ist proportional zu V χ q. Dieses Konzept ist Ähnlich dem System der Masse, welche andern einen Ende einer Schnur der Länge R befestigt ist, und sich mit der Geschwindigkeit CO auf einem Kreis bewegt, dessen Mittelpunkt sich am anderen*Ende der Schnur befindet, wodurch eine Spannung in der Schnur erzeugt wird, wdche dem Wert R xcO (bei Vernachlässigung der Schwerkraft) proportional ist. Im Fall eines Hubschraubers ist die Spannung der Belastungefaktor N, die Umdrehungsgeschwindigkeit ωentspricht q und die Geschwindigkeit ist R ω » V. Der durch Kippen hervorgerufene BeIa-

etungsfaktor ist N =. R.oi ^a R«^w -W =» Vq.

Eingangssignale über den Hebel der kollektiven Steigungssteuerung erzeugen keine bedeutsamen Kippgeschwindigkeiten und die Lösung welche auf der Kippgeschwindigkeit aufbaut, verhindert eine Kopplung zwischen den Steuerungen für die kollektive Steigungssteuerung und die periodische Steigungssteuerung. Weil ein Kippgeschwindigkeitskreisel die Kippgeschwindigkeit in irgendeiner Drehung misst, wird der Belastungsfaktor in jeder Fluglage gemessen. Gleich wichtig ist, dass die Kra'fte am Steuerhebel, welche durch das Signal Vq erzeugt werden,, eine ausgezeichnete Korrelation mit den Be-

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lastungsfaktoren an der Flugzeugkanzel liefern, welche durch die periodische Steigungssteuerung während Manövern induziert werden. Z.B. besteht in der Flügelebene während der Umkehr der Rollbewegung keine Kippgeschv/indigkeitskomponente, also auch keine Kraft bei der Lösung mit der Kippgeschwindigkeit.

Einzelheiten des in der Figur 1 dargestellten Systems sind -in der Figur 2 gezeigt. Ein Geschwindigkeitskrcisel 30 misst die Kippgeschwindigkeit des Hubschraubers und liefert sein Ausgangssignal über einen Demodulator 32 an einen Block 34, in welchem das Kippgeschwindigkeitssignal in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers verstärkt wird. Der Verstärkungsfaktor Kq ist in der Figur 2A als Funktion der Fluggeschwindigkeit dargestellt. Das kompensierte Kippgeschwindigkeitssignal wird dann einem Summenverstärker 36 als Eingangssignal zugeführt.

Ein Signal, welches der Stellung des Hebels für die periodische Steigungssteuerung entspricht, wird in einem Dlock 38 erzeugt. Ein Potentiometer kann zu diesem Zweck benutzt werden. Das Stellungssignal wird dann über eine Leitung 40 der Kompensationsschaltung 42 zugeführt, in welcher das Stellungssignal sowohl verzögert, alo auch differenziert wird, um ein Geschwindigkeitssignal für den Hebel der periodischen Steigungssteuerung zu erzeugen. Dieses Geschwindigkeitssignal wird dann einem Block 44 zugeführt, in welchem es in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers verstärkt wird. Die Figur 2A zeigt den Verstärkungsfaktor ΚΔΒ ala Funktion der Geschwindigkeit. Nachdem die geeignete Verstärkung erfolgte, wird das Geschwindigkeitssignal auch dem Summenversta'rker 36 als Eingangssignal zugeführt.

Das Stellungssignal vom Block 30 wird auch einer Differentialschaltung 46 als Eingangssignal zugeführt. Der Differentialschaltung wird auch al3 Eingangssignal ein Signal zugeführt, welches der Abgleichstellung des Hebels für die periodische Steigungssteuerung entspricht. Die Differentialschaltung 46 vergleicht die beiden Signale miteinander und erzeugt ein Ausgangssignal, welches der Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen entspricht, und welches • der Auslenkung des Hebels für die periodische Steigungssteuerumj gegenüber seiner Abgleichstellung angibt. Das Differenzsignal wird

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dann einem Block 48 zugeführt, dessen Verstärkungsfaktor ΚΔΒ als Funktion der Fluggeschwindigkeit des Helikopters veränderbar ist; diese Funktion ist auch in der Figur 2A dargestellt. Das verstärkte Differenzsignal wird dann als drittes Eingangssignal dem Summier ungsverstärker 34 zugeführt.

Das Abgleichstellungssignal, welches der Differenzialschaltung 46 zugeführt wird, wird in der Abgleichsteuerschaltung 50 erzeugt, welche weiter unten im Zusammenhang mit dor Figur 9 näher beschrieben wird. Daumenräder 52 und 54, welche im einzelnen in Verbindung mit den Figuren 4 bis S beschrieben werden, erzeugen die Eingangssignale für die Abgleichsteuerschaltung 50. Zusammenfassend gesagt, erzeugt die Abgleichsteuerschaltung 50 ein Signal, welches der Abgleiche teilung des Hebels für die periodische Steigungssteuerung entspricht, und die Daumenräder dienen dazu die Abgleichstellung zu verändern.

Das Abgleichstellungssignal der Abgleichsteuerschaltung 50 wird auch einer redutanten Steuerung zugeführt, welche mit der in der Figur 2 dargestellten Steuerschaltung identisch ist. D. h. die zweite identische Steuerschaltung mit einem Sunmierverstärker wird dazu benutzt, um ein redutantes System zu liefern, wie es in der Figur 1 dargestellt ist in welchem zwei Betätigungsvorrichtungen vorgesehen sind. Die Verbindung zwischen der Abgleichsteuerschaltung und den beiden redutanten Systemen, welche Fühler und Rechnerschaltungen umfassen, ist auch in den Figuren 1 und 3 dargestellt.

Die Verstärkungsänderungen, welche das Kippgeschwindigkeitssignal, das Geschwindigkeitssignal des Hebels der periodischen Steigungssteuerung und das Stellungssignal desselben Hebels erfahren, sind in dan Masse erforderlich, wie die Fluggeschwindigkeit sich ändert. Der Verstärkungsfaktor der Kippgeschwindigkeit Kq im Block 35 wird der Fluggeschwindigkeit proportional gemacht, um da3 Verhältnis der Kräfte am Hebel der periodischen Steigungssteuerung zum Belastungsfaktor amvMiernd konstant zu halten. Der Verstärkungsfaktor des Stellungssicnal3.ΚΔB im Block 48 wird mit steigender Fluggeschwindigkeit vergrößert, um die Stabilität bei freihändigem Flug zu vorgröasern und eine stärkere Bezugsgrösse für die Hebelabgleich-

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funktion bei hohen Fluggeschwindigkeiten zu liefern. Die Verstärkung des Geschv/indigkeitssignals des Hebels K AB ist im wesentlichen konstant bei Fluggeschwindigkeiten über 74 km pro Stunde, um stossfreie Eingangssignale durch den Piloten zu fördern und die Abschaltung zu beschleunigen, wenn ein Fehler im System auftritt. Die Verstärkungsfaktoren der EingangssignaIe folgen den Kurven der Figur 2A um einen Kräftegradienten am Hebel für die periodische Steigungssteuerung in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit zu erzeugen.

Die Redundanz der Fühler und Rechnerkoraponenten ist wünschenswert, weil so ein Fehlerfe3tstellkriterium gegeben ist. Das Gefühlerhöhungssystem besitzt sowohl einen starken Steuereinfluss als auch einen hohe Ansprechgeschwindigkeit und die redundanten Bauteile liefern eine Vergleichsmöglichkeit, welche nicht vorhanden wäre, wenn bloss ein Kanal benutzt würde.

In der Figur 3 ^xsind Einzelheiten des mechanischen Teiles des GefüKfarargrösserungssysternß zusammen mit einem Fehlerdetektorsystera dargestellt. Der Summierverstärker 36, welcher in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, erzeugt eine Ausgangsspannung, welche der Summe der kompensierten Signale der Kippgeschwindigkeit, der Hebelver-■teilung und der Geschwindigkeit proportional ist. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 36 wird einem Ventiltreiberverstärker 60 zugeführt. In der Figur-3 ist auch der redundante Kanal mit dem Summierungsverstärker 36 und dem Ventiltreiberverstärker 60' dargestellt.

Die Ausgangssignale der Ventiltreiberverstärker 60 und 60* werden jeweils den Druckventilen 62 und 62* zugeführt, welche einen Differenzausgangedruck erzeugen um Kräfte auf die Stangen 64 und 64' auszuüben indem sie die Servomotoren 66 und 66* betätigen.

Da* Druckventil 62 steuert einen Druck, welcher über die Kanäle 68 und 70 abgeführt wird, um einen Differenzdruck am Kolben 72 zu erzeugen, welcher eine Kraft auf die Stange 64 ausübt. Inden Kanälen 68 und 70 iet jeweils ein elektromagnetisches Ventil 74 und angeordnet, welches in einer geöffneten Stellung dargestellt ist. Wie weiter unten beschrieben werden wird, können die elektromagne-

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tischen Ventile 74 und 76 durch eine Veatilbeta'tigungsvorrichtung um 90 gedreht werden, um die Kanäle 68 und 70 zu verschliessen und den Kanal 73 freizugeben, wodurch sich der Differenzdruck am Kolben 73 ausgleichen kann. Dieses Verschliessen geht in einer ganz kurzen Zeitdauer vor sich, z.B. 0,04 Sekunden. Eine Verengung 80 ist im Kanal 78 vorgesehen,um eine die durch die Kommandos des Piloten bewirkte Kolbenbewegung begrenzende Da'rijiungskraft zu erzeugen nachdem die Ventile 74 und 78 geschlossen wurden.

Jeder Servomotor 66 und 66' erzeugt je eine Hälfte der Kraft am Hebel für die periodische Steigungssteuerung, welche vom Piloten wahrgenommen und über die Stangen 64 und 46' den Endes des Joches 16 zugeführt wird. Das Joch 16 ist in seinem Mittelpunkt 68 schwenkbar mit der Steueräange 13 verbunden. Das Joch 16 überträgt die Summe der von den Stangen 64 und .64' erzeugten Kräfte zum Piloten, welcher sie am Hebel für die periodische Steigungssteuerung durch die Mithilfe der Steuerstange 18 fühlt.

Wenn die durch die Stangen 64 und 64' auf das Joch übertragenen Kräfte 60 ausreichend voneinander abweichen, und das Joch 16 über einen bestimmten Winkel hinaus zu kippen, z.B. ein Grad, wird ein Fehlerdetektorsystem die Steuerung abschalten. Um dies zu erreichen, ist ein Drehmelder 82 auf der Steuerstange. 18 vorgesehen, und mit dem Joch 16 über einen Arm 84 verbunden. Ein zweiter Drehmelder 82· kann in Ähnlicher Weise wie der Drehmelder 82 an der Steuerstange 18 vorgesehen sein, sowie es irv der Figur 3 dargestellt ist. Wenn das Joch 16 sich um die Steuerstange 18 dreht, wird ein elektrisches Signal über die Leitung 86 an den Amplitudendetektor 88 abgegeben, welcher ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Joch sich um mehr als einen vorgegebenen Winkel verdreht. Das Ausgangssignal des Amplitudendetektors wird einem ODER-Kreis 90 zugeführt. Das Ausgangssignal des Amplitudendetektors 88 wird anzeigen, dass ein Fehler auftrat und der ODER-Kreis 90 wird ein Signal erzeugen, welches einem Verriegelungskreis 92 zugeführt wird.

Eine Ventilbetätigungsvorrichtung 94 iet mit den elektromagnetischen Ventilen 74 und 76 über Leitungen 96 verbunden, und hält die Ventile normalerweise in ihrer geöff-neten Stellung, sowie es in der Figur 3 dargestellt ist. Wenn ein Felter auftritt, überträgt der

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Verriegelungskreis 92 ein Signal ah die Ventilbotä'tigungsvorrichtung 94, welche die elektromagnetischen Ventile 74 und 76 um 90 dreht, wodurch die Kanäle 68 und 70 geschlossen, die Druckdifferenz am Kolben 72 ausgeglichen, und alle Kräfte von der Steuerstange 64, mit Ausnahme der Dämpfungskräfte als Reaktion auf die Kommandos des Piloten, entfernt werden.

Der Drehmelder 82' überträgt auch ein Signal an einen Amplitudendetektor 88 \ ähnlich dem Detektor 88, welcher auch ein Signal an den ODER-Kreis 90 liefert, wenn das Joch sich um mehr als einen vorgegebenen Winkel gegenüber der Steuerstange 18 verdreht. Wenn ein Fehlersignal von einewAmplitudendetektor ein Ausgangssignal am ODER-Kreis erzeugt, werden beide Ventilbetätigungskreise eingeschaltot, wodurch eine vollständige Abschaltung des GefühlvergrÖsserungssystans eintritt.

Ein Rückstellknopf 98 ist am Verriegelungskreis 92 vorgesehen; dieser Rückstellknopf ist vorzugsweise in der Pilotenkanzel angeordnet. Die Betätigung des Rückstollknopfes wird cie Ventile 74 und 76 in ihre ursprüngliche Stellung zurückführen, wodurch die Kanäle 68 und 70 geöffnet werden, um die Kraft, welche durch den Kolben 72 über die Stange 64 am Joch 16 ausgeübt wird, wiederherzustellen. Diese Rückstellung v/ird jedoch nicht auftreten, wenn einFehlersignal vorliegt.

Obschon nicht im einzelnen in der Figur 2 dargestellt, ist der ODER-Kreis 90 und der Verriegelung3kreis 92 nochmals vorgesehen, so dass der Ausfall irgendeines Bauelementes in diesem Schaltungsteil die Abschaltung nicht verhindert. Auch bewirken der ODER-Kreis, der Verriegelungskreis, die Ventilbetätigungskreise und die elektromagnetischen Ventile eine Abschaltung, wenn die Spannungsversorgung ausfällt.

Ein Sperrklinkenmechanismus 100 absorbiert kleine Kraftunterschiede um zu verhindern, dass Ausfälle durch einen kleinen Fehlabglcich der Kräfte bewirkt werden, welche sonst eine Verdrehung des Joches 16 hervorrufen würden. Wie in der Figur 3 dargestellt ist, ist eine Steuerstange 102 schwenkbar an einem Ende des Jodhes 16 gelagert. Die Steuerstange 102 weist eine Vertiefung 104 auf. Ein schwenkba-

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res Glied 106 ist rait danhinteren Teil 108 der Steuerstange 18 drehbar verbunden. Im Glied 106 sind zwei kugelförmige Teile 110 vorgesehen, welche mit Hilfe von einer Feder 112 in die Vertiefung 104 gedrückt werden, wobei die Federn 112 mittels einer Daumenschraube 114 festgehalten werden, welche · zur Veränderung der Federspannung einstellbar ist. Der Klinkenmechanismus 100 wird eine Verstellung des Joches 16 durch einen leichten Kraftunterschied verhindern, bis die durch die Federn 112 auf die kugelförmigen Teile 110 ausgeübte Kraft überwunden werden, zu welchem Zeitpunkt dann das Joch 16 durch die Ungleichheit der Kräfte verdreht werden wird, und die Drehmelder 82 und 82 veranlässt ein Fehlersignal an die Amplitudendetektoren 38 und 88' zu liefern. Die Figur 3Λ zeigt graphisch die Winkelbeschleunigung a" des Joches als Funktion des Kra'fteunterschiedes Fl - F2, welcher durch die Steuerstangen 64 und 64* auf das Joch einwirkt. Bis der Unterschied der Kra'fte einen vorgegebenen Wert, welcher durch die Kräfte der Federn 112 festgelegt ist, übersteigt, werden die kugelförmigen Teile 110 in der Vertiefung 104 bleiben. Wenn einmal der vorgegebene Wert überstiegen worden ist, wird die unausgeglichene Kraft an der Steuerstange 102 die Federkräfte überwinden und die Drehung des Joches 16 erlauben.

Eine Betriebsstörung des Systems kann durch andere Störungen als eine am Joch 16 auftretende feste Ungleichheit der Kräfte verursacht werden-. Z.B. misst eine Vergleichsvorrichtung 120 den Spannungsunterschied zwischen den Ausgangssignalen der Summierungsnetzwerke 36 und 36'. Wenn der Spannungsunterschied einen vorgegebenen Wert übersteigt, wird über die Leitung 122 ein Signal zu einem Amplitudendetektor 124 geführt und ein Ausgangssignal vom Amplitudendetektor 124 wird dem ODER-Kreis 90 zugeführt, wodurch die Servoinechanismen 66 und 66' abgeschaltet werden.

Das Ausgangssignal des Vergleichers 120 kann auch einem Begrenzerkreis 126 zugeführt werden, welcher ein zusätzliches Eingangssignal für das Summierungsnetzwerk 36' erzeugt. Dieses Signal wird etwaige Ungleichheiten der Ausgangssignale der SummierungsnetzKerke 36 und 36* kompensieren. Der Begrenzerkreis 126 begrenzt das dem Summierungsnetzwerk 36' zugeführte Eingangssignal auf einen Betrag, welcher ausreicht um kleine Ungleichheiten auszugleichen. Jede Ungleichheit

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oder Spannungsunterschied zwischen dem Ausgangssignal der Summierungsnetzwerke, welche grööser als ein vorgegebener Betrag ist, wird das System wie vorhin beschrieben stillsetzen.

Die Stromausgangssignale der Ventiltreiberverstä*rker 60 und 60' werden in einem Vergleichskreis 128 verglichen und ein etwa auftretender Unterschied über einem vorgewä'hlten V7ert wird den Amplitudendetektor 130 zum Ansprechen bringen, damit dieser dem ODER-Kreis 90 ein Signal zuführt, welches das System stillsetzt.

Die von den Servomechanismen 66 und 66' auf das Joch 16 ausgeübten Kräfte werden über die Steuerstange 10 dem Hebel für die periodische Steigungssteuerung zugeführt. Diese Kräfte stehen dann inx Beziehung mit dem Belastungsfaktor, welcher durch die Eingangssignale am Hebel für die periodische Steigungssteuerung des Hubschraubers durch die Verstellung des genannten Hebels bewirkt werden. Mit dem hier beschriebenen System wird das Verhältnis der am Hebel für die periodische Steigungssteuerung ausgeübten Kräfte zu dem induzierten Belastungsfaktor bei veränderlichen Fluggeschwindigkeiten konstant gehalten und somit wird dem Piloten ein wünschenswertes Gefühlesignal vermittelt, welches sich nicht mit der Fluggeschwindigkeit ändert.

Das Steuerungsausgleichsystem und das Daumenradsystem der Figuren 1 und 2 wird genauer in Verbindung mit den Figuren 4 bis 9 beschrieben. Die Funktion dieser Systeme ist nicht auf ein Gefühlsverbesserungssystem, wie es hier beschrieben worden ist, beschränkt, aber ös kann vorteilhaft in jedem anderen System angewandt werden, in welchem ein veränderliches Ausgangssignal unabhängig von zwei voneinander entfernt liegenden Stellen steuerbar sein soll.

Das Grundsystem ist in der Figur 9 dargestellt. Zwei Daumenräder 14O und 142 sind dargestellt. Diese Daumernäder können z.B. jeweils am Griff des Hebels für die periodische Steuerung beim Piloten und Co-Piloten in der Kanzel des Hubschraubers angeordnet sein. In der.vorliegenden Ausfuhrungsform liefern die Daumenräder Ausgleichssignale für die Stellung des Hebels der periodischen Steigungssteuerung, jeweils unabhängig vom Piloten und Co-Piloten, aber erlauben jedem eine volle Steuerung der Ausgleichstellung doe

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Hebels der periodischen Steigungssteuerung.

Vom Daumenrad 140 wird einem Schrittschaltmotor 144 ein Signal zugeführt, um denselben entweder vorwärts oder rückwärts zu drehen. Einzelheiten des Daumenrades und der Mittel zum Erzeugen eines Ausgangssignales durch dasselbe werden in Verbindung mit den Figuren 4 bis 8 beschrieben. Die Ausgangswelle des Schrittschaltmotors 144 ist über ein Getriebe 146 und eine Antriebswelle 147 mit dem Schleifer 148 eines Potentiometers 150 verbunden.

Das Signal am Daumenrad 142 bewirkt die Drehung eines Schritt- " schaltmo.tors 152, dessen Ausgangswelle über ein Getriebe 154 und eine Antriebswelle 155 mit dem Gehäuse 156 des Potentiometers 150 verbunden ist.

Das Übersetzungsverhältnis muss genügend gross sein, um sicherzustellen, dass der vom Piloten gesteuerte Schrittschaltmotor den vom Piloten gesteuerten Schrittschaltmotor nicht über das Potentiometer mitnimmt.

Die Ausgangsspannung des Potentiometers 150 wird über die Schleifringe 158, welche mit dem Potentiometer verbunden sind, der Differentialschaltung 46 der Figur 2 zugeführt.

Durch die Steuerung der Drehung des Schleifers des Potentiometers durch das Daumenrad 140 und die Steuerung des Potentiometergehäuses durch das Daumenrad 142 kann die Ausgangsspannung vom Potentiometer 150 durch die Drehung eines der Daumenräder kontinuierlich gesteuert werden. Mit anderen Worten, unabhängig von der Stellung des Potentiometergehäuses, wie sie durch das Daumenrad 146 festgelegt ist, kann das Daumenrad 140 den Schleifer des Potentiometer· steuern, um den gesamten Bereich der Ausgangsspannungen zum Potentiometer zu überstreichen. In ähnlicher Weise, kann, unabhängig von der Stellung des Daumenrades 142 die Drehung des Potentiometergehäuses 156 verursachen, um dadurch den ganzen Bereich der Ausgangsspannungen vom Potentiometer zu überstreichen.

Das Potentiometer enthält mechanische Begrenzungen, welche die relative Drehung von Gehäuse und Schleiferarm verhindern, wobei die Stellungen der Begrenzungen den Grenzwerten der gewünschten -

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Ausgangsspannungen entsprechen. Diese Begrenzungen verhindern die weitere Drehung der Schrittschaltmotoren, obschon durch die Daumenrä'der eine weitere Drehung gefordert wird. Wenn die -Drehung des Daumenrades ungekehrt wird, wird das Potentiometer jedoch sofort an-7 sprechen.

Das Daumenrad umfasst ein feststehendes Gehäuse, welches aus den Elementen 160 und 161 besteht. Dazwischen befindet sich ein drehbarer Teil, welcher aus einem ringförmigen, gerippten oder geriffelten a'usseren Element 162 und einem inneren Element 163 besteht. Ein Montageloch 164 durchdringt den Mittelpunkt des feststehenden Gehäuses.

Im feststehenden Geha'use befindet sich ein elektrisch leitendes Segment 166. Eine Eingangsbürste 168 aus leitendem Material, wie etwa Kohlenstoff, ist derart angeordnet, dass sie das Segment 166 kontaktiert. Eine Spannungsquelle, wie etwa eine Batterie 170, erzeugt eine Spannung <n der Eingangsbürste 168.

Die Figur 6 zeigt Einzelheiten der Eingangsseite des Daumenrades/ in der Darstellung ist dae Element 160 des feststehenden Gehäuses entfernt. Mehrere leitende Segmente A, B, C und D sind dargestellt. Jedes Segment ist von dem benachbarten Segment durch Isolierstoff 172 getrennt. Das Segment 166, welches in den Figuren 4 und 6 dargestellt ist, ist ein A-Sgement und berührt den Schleifring 174, welcher in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist. Eine Auegangsbürste 176 kontaktiert den Schleifring 174 und leitet dadurch die elektrische Spannung von der Batterie 170 zum Schrittschaltmotor. Ein geschlossener Stromkreis von der Batterie durch die Eingangsbürste 168, das Segment 166, der Schleifring 174 und dißAusgangsbürste 176 liegt vor, wenn der drehbare Teil des Daumenrades so eingestellt _; ist, dass eines der Α-Segmente die Eingangsbürste berührt. Der Aufbau der Α-Segmente ist in·der Figur 7 dargestellt.

Die B-Segmente berühren alle einen Schleifring 173 und eine Ausgangsbürste 100. Die C-Segmente, in der Figur 3 dargestellt, sind so geformt, dass die einen Schleifring 182 berühren, und D-Segmente berühren in einem Schleifring 184. Wenn also der drehbare Teil des Daumenrades, welcher aus den Elementen 160 und 163 und den Seg-

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menten A, B, C und D besteht, gedreht wird, wird dem Schrittschaltmotor die Batteriespannung durch die EingangsbCirste und durch das jeweils damit in Verbindung stehende Segment, den entsprechenden Schleifring und die zugehörige Ausgangsbörste zugeführt.

Jede der vier Ausgan gsbü'r ε ten ist mit einer Wicklung des Schrittschaltmotors 144 verbunden. Die Wicklungen können um 90 gegeneinander verschoben sein. Wenn das Daumenrad z.B. von einem A-Segment auf ein B-Segment verdreht wird, wird sich der Motor um 90 in einer Richtung drehen. Wenn das Daumenrad von einem Α-Segment auf ein D-Segment verdreht wird, so wird der Schrittschaltmotor um'90 in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden. Die Eingangsbürste kann auch so gebaut sein, dass sie gleichzeitig zwei SegmenteberCfhrt, z.B. die Segmente A und B. In diesem Fall werden zwei Wicklungen an Spannung gelegt und der Schrittschaltmotor wird sich mit 45°-Intervallen drehen, anstatt jedesmal um 90 gedreht zu werden. Jede Anzahl von Segmenten mit entsprechenden Schleifringen und Ausgangsbürsten kann benutzt werden.

Ein wünschenswertes Resultat·des in den Figuren 4 bis 9 dargestellten Daumenradausgleichsystems besteht darin, dass der Ausfall eines Dauraenrades nicht zum Ausfall, des Systems führt, weil die Ausgleichsteuerung von irgendeinem Daumenrad aus betrieben werden kann.

Die Drehung eines der DaumenrSder der Figur 9 wird die Ausgangsspannung um Potentiometer 150 verändern, welche dann, wie in der Figur 2 dargestellt ist, der Differentialschaltung 46 zugeführt wird. Das Ausgangssignal von der Differentialschaltung 46 ist ein .Hebelverstellungssignal. Dieses Signal wird über das Summierungsnetzwerk 36 dem Gefühlvergrösserungssystem zugeführt, um die am Hebel der periodischen Steigungssteuerung angreifende Kraft zu vergrössern oder zu verringern. Dieses Signal wird vorliegen,-> unabhängig, davon ob ein Manöver auftritt oder nicht, und kann so vom Piloten oder Co-Piloten benutzt werden, um den Hebel für die periodische Steigungssteuerung in seine Ausgleichstellung zu bringen. Die Drehgeschwindigkeit des Daumenrades bei der Einstellung ist nicht kritisch und das Daumenrad kann somit zur Feineinstellung des Hebels der periodischen Steigungssteuerung benutzt werden. Der Hebel für die periodische Steigungssteuerung wird sich in Abhängigkeit von

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irgendeiner durch die Betätigungsvorrichtungen 14 und 14* erzeugten Kraft verstellen, wenn sich der Pilot dom nicht entgegensetzt. Folglich, wenn der Pilot ein Manöver ausführt, welches verlangen würde, dass der Hebel für die periodische Steigungssteuerung während einer längeren Zeit in einer neuen Stellung bliebe, kann die Daumenradausglexahs teuer ung dazu benutzt v/erden, die Abgleichstellung des Hebels für die periodische Steigungssteuerung nachzustellen und jegliche darauf einwirkende Kra'fte zu beseitigen.

Obschon die vorliegende Gefühlvergrösserungssteuerung unter Bezugnahme auf die Kippachse beschrieben worden ist, kann ein identisches System für die Rollachse benutzt werden. Ein Ro!geschwindigkeitskreisel würde den Kippgeschwindigkeitskreisel ersetzen. Die Forderungen, welche an ein System zur Vergrösserung des Gefühls bei der Rollsteuerung gestellt werden, sind weniger stark als bei der Kippsteuerung, weil das Ansprechen dieser Steuerung im allgemeinen bei allen Fluggeschwindigkeiten konstant bleibt.

Die Auslenkung des Hebels zur Querlagensteuerung, die Geschwindigkeit der Verstellung desselben und die Rollgeschwindigkeit des Flugzeugrumpfes sind die bevorzugten Signale um ein Gefühlvergrösserungssystem fürdie Rollsteuerung zu liefern. Ein konstantes Verhältnis der Eingangskraft zur Flugzeugrollgeschwindigkeit bei KrSftegrössen, welche mit den Kra'ften des Kippsteuersystems übereinstimmen, wird die gewünschte Gefühlvergrösserung in der Rollsteuerung liefern. Zum Ausführen der Rollsteuerung können am Griff des Steuerknüppels montierte Daumenr&'der vorgesehen sein, welche die Abgleichlage des Steuerknüppels steuern. Die Vergrösserung des Gefühls, sowohl im Kipp- als Rollkanal, können gleichzeitig benutzt werden. Bei dieser Ausführung sind zwei Daumenra'der auf jedem Griff des Hebels der periodischen Steigungssteuerung angebracht, einer for den Kippkanal und einer für den Rollkanal.

Das vorliegende Gefühlvergrösserungssystem liefert dem Piloten ein Sensibilita'tseingangssignal, welches einen Bezugswert für die Manöver liefert, welche er vorgibt.Die Kra'fte, welche sich der Bewegung des Hebels für die periodische Steigungssteuerung beim Rollen oder Kippen entgegensetzen, werden immer für das gleiche

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Manöver gleich gross sein, d.h. für ein Manöver, welches denselben Belastungsfaktor am Hubschrauber auslöst. Obschon die Hcbelauslenkttng, welche erforderlich ist um das gleiche Manöver auszuführen, eine Funktion der Fluggeschwindigkeit ist, sind die vom Piloten gefühlten PCrSfte immer gleich. Die Handhabung des Hubschraubers bei hohen Fluggeschwindigkeiten wird durch das vorliegende Gefühlvergrösserungssystem wesentlich verbessert.

Es ist selbstverständlich, dass die Kra'fte, welche dem Hebel für die periodische Steigungssteuerung zugeführt werden, nicht linear mit dem Belastungsfaktor in Bezug stehen müssen, sondern dass dieselben sich entsprechend irgendeiner gewünschten Funktion verSndem können. So kann es z.B. wünschenswert sein, die Kra'fte, welche der Pilot fühlt, exponentiell oder anderswie mit steigendem Belastungsfaktor zu vergrössern, um somit dem Piloten ein positiveres Gefühl dafür zu geben,dass die Belastung zunimmt. Veränderungen in der Versta'rkungskurve der Eingangssignale können benutzt werden, um den gewünschten Zusammenhang zu liefern.

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Claims (5)

1. -4t-

   PATENTANS PRtfCHE

   1J Vorrichtung zum Erzeugen eines veränderlichen Ausgangs*- signals, welches unabhängig von einem von zwei kontinuierlich einstellbaren Eingangssignalen versteuerbar ist, gekennzeichnet durch ein erstes (148) und ein zweites (150) miteinander arbeitendes Bauelement, welche ein Ausgangssignal, welches als Funktion ihrer gegenseitigen Stellung veränderbar ist, erzeugen und erste und zweite unabhängig voneinander und kontinuierlich verdrehbare Eingangselemente (140, 142)_k wobei das erste Eingangselement (140) mit dem ersten Bauelement (148) und das zweite Eingangslement (142)mit dem zweiten Bauelement (150) verbunden ist, und die Drehung eines der Eingangselemsnte (140, 142) eine Lagenänderung des an dasselbe angeschlossenen Bauelementes (148, 150) bezüglich zum anderen Bauelement (150, 148) bewirkt, unabhängig von der Stellung des anderen Eingangselementes (142, 140).
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten(148) und zweiten (156) miteinander arbeitenden Bauteile der Schleifer und das Gehäuse eines Potentiometers (58) sind
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen ersten auf die Stellung des ersten Eingangse.lementes (140) ansprechende und mit dem Rotor (148) des Potentiometers (158) verbundenen Schrittschaltmotor (144) und einem zweiten auf die Stellung des zweiten Eingangselementes (142) ansprechenden und mit dem Gehäuse (156) des Potentiometers (158) verbundenen Schrittschaltmotor (154)
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Eingangselementej[140, 142) aus einem feststehenden Äusseren Teil (160, 161)_; einem iir. äusseren Teil drehbaren inneren Teil (163), einer am äusseren Teil befestigten Eingangsbürste (16S)₁ einer mit der Eingangsbifrste (168) verbundenen Spannungsquelle (170) mehreren auf dem Umfang de3 inneren Teiles vorgesehenen leitenden Elementen (166, 172), welche durch die Drehung des inneren Bauteiles (163) nacheinander mit der Eingangsbürste (163) in Berührung Xommen, mehreren im äusseren Teil vorgesehenen Aunganysbürsten, (176, 180), welcne mit ausgewählten, leitenden Elementen in Berührung stehen und Mittel zum Verbinden ausgewählter Ausgangcbürsten

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   • I f « t β·4 C

   mit den Eingangswicklungen des zugehörigen Schrittschaltmotor umfassen, derart, dass der Schrittschaltmotor dreht, wenn das innere Bauteil im Susseren Bauteil gedreht wird.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Anstellung der Abgleichstellung ein«« Steuerhebels in einem Flugkörper von zwei voneinander unabhängigen Stellen aus benutzt wird.

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   ι ^β0 ·♦

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