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Stellanordnung zur Einstellung einer Steuer£läce für Flugzeuge Die
Erfindung bezieht sich auf eine Stellanordnung zur Einstellung einer Steuerfläche
fUr Flugzeuge mit einem von einem Stellorgan, z.B. einem Steuerknüppel, verstellbaren
Steuergestänge und einem hydraulischen Stellzylinder.
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Bei modernen Flugzeugen, welche einen großen Geschwindigkeitsbereich
überdecken, tritt das Problem auf, daß die zur Steuerung aufzubringenden Kräfte
sehr häufig die Kräfte eines Flugzeugführers übersteigen.
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Es ist daher üblich, eine Kraftsteuerung, z.B. einen hydraulischen
Stellzylinder vorzusehen, welcher die vom Flugzeugführer aufgebrachte Kraft in der
notwendigen Weise verstärkt. Derartige mit Stellzylindern ausgerüstete Steuerungen
arbeiten sehr zuverlässig, da die Stellzylinder beim Auftreten von Schwingungen
für eine ausgezeichnete Stabilität sorgen. Nachteilig ist aber, daß mit einer derartigen
Steuerung dem Flugzeugführer das wirkliche Steuergefühl nicht vermittelbar ist.
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Es ist zwar bekannt, mit Hilfe von Federn oder sonstigen Hilfseinrichtungen
das Steuergefühl nachzubilden; aber dies gelingt nur unzulänglich, so daß das nachgebildete
Steuergefühl in den meisten Fällen nicht realistisch genug ist.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten, mit Stellzylindern ausgerüsteten
Flugzeugsteueranordnungen ist die Tatsache, daß derartige Steuerungen eine am Boden
durchzuführende Wartung der Steuerungseinrichtung und/ oder Prüfung ihrer Funktionsfähigkeit
erschweren. Die Ursache hierfür ist die Tatsache, daß Verstellungen der jeweiligen
Steuerflächen nur mit Hilfe der Stellzylinder durch Einstellung des Stellorgans
vom Cockpit aus möglich sind und daher die Betriebsbereitschaft des Stellzylinders
auch bei der Wartung erfordern.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mit einem Stellzylinder
ausgerüstete Stellanordnung vorzusehen, die sowohl in der Lage ist, ein realistisches
Steuergefühl zu vermitteln als auch die Wartung zu erleichtern. Erfindungsgemäß
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine vom Stellorgan verstellbare Steuerstange
über einen kraftabhängigen Mitnehmer auf ein Steuerventil des hydraulischen Stellzylinders
wirkt, dessen bewegliches Teil über eine Schubstange an einem Stellhebel der Steuerfläche
angelenkt ist.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahme ist es möglich, eine Steueranordnung
aufzubauen, die bei kleinen, auf die Steuerflächen wirkenden Kräften als Handsteuerung
und bei größeren, die Kraft des Mitnehmers übersteigenden Kräften, als Steuerung
mit Kraftverstärkung durch den Stellzylinder wirkt. Ein Flugzeugführer erhält daher
bei kleinen und mittleren Kräften das echte Steuergefühl und ab einer durch den
kraftabhängigen Mitnehmer bestimmten größeren Kraft, von der ab er ohnehin Schwierigkeiten
hätte, diese aufzubringen, ein konstantes Steuergefühl.
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Es ist zweckmäßig, für den kraftabhängigen Mitnehmer ein vorgespanntes
Federelement, z.B. eine Druckfeder, zu benutzen, die über an der Steuerstange vorgesehene
Mitnehmerbunde an der Steuerstange angreift und damit sowohl in der einen als auch
in der anderen Bewegungsrichtung überdrückbar ist. Für bestimmte Anwendungsfälle
kann es auch zweckmäßig sein, den kraftabhängigen Mitnehmer durch zwei vorgespannte
und durch einen gemeinsamen Mitnehmerbund der Steuerstange jeweils
in
einer Bewegungsrichtung überdrückbare Druckfedern zu bilden, wobei zur Erzielung
des echten Steuergefühls die Vorspannung der nicht an der Übertragung einer Steuerbewegung
beteiligten Druckfeder durch Konstanthaltung ihrer Länge erhalten bleibt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, am Stellzylinder
eine die Arbeitsräume zu beiden Seiten des Arbeitskolbens überbrückende Bypassleitung
mit einem kombinierten Drossel-Rückschlagventil vorzusehen, das derart bemessen
ist, daß die Bypassleitung in der Neuträlstellung des Steuerventils geöffnet und
in einer von der Neutralstellung abweichenden Stellung durch den hydraulischen Systemdruck
gesperrt ist. Der Stellzylinder wirkt daher bei auf tretenden Schwingungen als Dämpfungsglied
und sorgt damit für die notwendige Stabilität, denn wennn injffeutraIstellung wechselnde
Kräfte Druckunterschiede zwischen den beiden Kammern des Arteitszylinders -hervorrufen,
spricht das Drossel-Rückschlagventil in der Bypassleitung an.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der beiliegenden.
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Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Prinzipdarstellung
der erfindungsgemäßen Steueranordnung Figur 2 ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen
Steueranordnung - u n d Figur 3 einen weiteren Ausschnitt einer erfindungsgemäßen
Steueranordnung Bei dem in Figur 1 dargestellten Prinzip der erfindüngsgemäßen Anordnung'
ist ein Steuerknüppel 10 vorgesehen, der in bekannter Weise an einem Festpunkt 12
angelenkt ist. Mit dem Steuerknüppel 10 ist eine Steuerstange 14 verbunden, die
an einem kraftabhängigen Mitnehmer 16 angreift und mit einer Schubstange 32 eines
Steuerventils 30 verbunden ist. Der kraftabhängige Mitnehmer 16 besteht aus einer
vorgespannten
Druckfeder 18, die in einem entsprechenden Gehäuse
20 zwischen zwei Auflagetellern 22, 24 für die Übertragung von Steuerbewegungen
spielfrei angeordnet ist. Die Auflageteller 22, 24 sind dabei über die Steuerstange
14 gestreift, deren Durchmesser in diesem Bereich geringer ist. Die sich dadurch
ergebenden Schultern 26, 27 dienen als Mitnehmer für die Auflageteller 22, 24. Das
Steuerventil 30 enthält auf der Schubstange 32 angeordnete Steuerkolben 34, 36,
die durch den kraftabhängigen Mitnehmer 16 in einer:Neutralstellung fixiert sind.
In dieser Neutralstellung stehen die Steuerkolben 34, 36 so, daß zwei zu beiden
Seiten des Arbeitskolbens 52 im Stellzylinder 50 führende Zuführungskanäle 38, 40
geöffnet sind.
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Die hydraulische Flüssigkeit gelangt hierbei über einen in der Mitte
des Steuerventils 30 vorgesehenen Zulauf 42 in das Steuerventil und wird anschließend
durch zwei an den Enden vorgesehene Ablaufkanäle 44 in bekannter Geleise zu einem
Hydraulikkreislauf gebracht.
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Der Stellzylinder 50 enthält einen Arbei'tskolben 52, der über eine
Kolbenstange 54 gelenkig mit einem Festpunkt 56 verbunden ist, so daß das Gehäuse
51 als bewegliches Teil wirkt. An diesem Gehäuse 51 ist eine die Arbeitsräume zu
beiden Seiten des Arbeitskolbens 52 überbrückende und ein kombiniertes Drossel-Rückschlagventil
60 aufweisende Bypassleitung 58 vorgesehen. Zur Übertragung der Stellbewegung ist
am Gehäuse 51 eine Schubstange 62 angebracht-, die mit einem Stellhebel 64 einer
an einem Lager 68 gelagerten Steuerfläche 66 verbunden ist. Zur direkten Übertragung
von Kräften vom Steuerknüppel 10 über die Steuerstange 14 und den Mitnehmer 16 ist
am Steuerventil 30 ebenfalls eine mit dem Stellhebel 64 verbundene Schubstange 31
angebracht.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stellzylinder 50 unterhalb
des Steuerventils 30 angeordnet, so daß die jeweiligen Schubstangen 62, 31 mit unterschiedlichen
Hebelarmen an dem Stellhebel 64 angreifen. Um die aufgrund der unterschiedlichen
Hebelarme auftretende Relativbewegung ausgleichen zu können, ist daher das Steuerventil
30
verschiebbar am Stellzylinder 50 angeordnet. Dieser Aufbau ist
aber nicht zwingend notwendig, denn Stellzylinder 50 und Steuerventil 30 können
nebeneinander angeordnet werden, so daß sie über ihre Schubstangen 31, 62 mit gleichen
Hebelarmen an dem Stellhebel 64 angreifen. Der jeweils zweckmäßigste Aufbau dürfte
sich-im Einzelfall nach den speziellen Erfordernissen und dem zur Verfügung stehenden
Raum richten.
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Figur 2 und Figur 3 zeigen zwei kraftabhängige Mitnehmer 16, die im
Unterschied zu Figur 1 mit zwei vorgespannten Druckfedern 72, 74 aufgebaut sind.
Diese Druckfedern sind in einem Gehäuse 70 untergebracht und greifen über einen
auf der Steuerstange 14 vorgesehenen Mitnehmerbund 76 speilfrei an dieser Steuerstange
an. In Figur 2 weist die Steuerstange 14 im Bereich des Gehäuses 70 einen geringeren
Durchmesser auf, während in Figur 3 der Durchmesser der Steuerstange 14 konstant
ist. Zum Mitnehmen der Druckfedern 72, 74 sind in Figur 2 über die Steuerstange
14.zwei Auflageteller 78, 80 gestreift, die an den gegenüberliegenden Seiten des
Gehäuses 70 und an den Schultern 26 bzw. 27 der Steuerstange 14 anliegen. Beim Überdrücken
einer dieser beiden Federn 72, 74 wird daher die andere bei Aufrechterhaltngihrer
Länge und damit ihrer Vorspannung mitbewegt.
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In Figur 3 ist, im Unterschied zu Figur 2, in der Mitte des Gehäuses
70 ein-Anschlagbund 82 vorgesehen, gegen den sich die beiden Auflageteller 78, 80
legen. Der Innendurchmesser dieses Anschlagbundes 82 ist so gewählt, daß der Mitnehmerbund
76 durchführbar ist.
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Beim Überdrücken einer der beiden Federm 72, 74 wird daher die andere
Feder bei Aufrechterhaltung ihrer Länge örtlich nicht verändert.
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Die kraftabhängigen Mitnehmer nach Figur 2 und Figur 3 sind zum Einsatz
für spezielle Anwendungszwecke vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Steueranordnung arbeitet wie folgt: Bei einer
Verstellung des Steuerknüppels 10 wird die Steuerbewegung über den kraftabhängigen
Mitnehmer 16 auf das Steuerventil 30 übertragen.
Ist das Rudermoment
der Steuerfläche 66 gering und die davon abhängige Kraft geringer als die eingestellte-
Kraft des Mitnehmers 16, dann bleibt die Steuerung manuell. Der Stellzylinder 50
verschiebt sich dabei mit dem Steuerventil 30, da sich der Arbeitskolben 52 kraftlos
im Gehäuse 51 wegen der offenen Bypassleitung 58 verschiebt. In diesem Betriebszustand
sind die Steuerkolben 34, 36 des Steuerventils 30 in der Neutralstellung durch den
kraftabhängigen Mitnehmer 16 fixiert, so daß die hydraulische-Flüssigkeit vom Zulauf
42 zu beiden Seiten des Arbeitskolbens 52 und zum Rücklauf 44 gelangt. Die Zuführkanäle
38, 40 sind hierbei so angeordnet, daß die hydraulische Flüssigkeit in der Neutralstellung
auch zu b,eiden Seiten des Arbeitskolbens 52 gelangt. Bei kleinen und mittleren
Kräften erhält daher ein Flugzeugführer das echte Steuergefühl, da diese Steuerung
in diesem Fall eine reine Handsteuerung ist.
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Übersteigt aber die von dem Rudermoment der Steuerfläche 66 über den
Stellhebel 64 auf die Stellanordnung ausgeübte Kraft die eingestellte Kraft des
kraftabhängigen Mitnehmers, 16, dann entsteht bei einer derartigen Verstellung eine
Relativbewegung, die mit einer entsprechenden Verschiebung der Steuerkolben 34,
36 im Steuerventil 30 verbunden ist.
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Dabei wird einer der Zuführungskanäle 38, 40 gedrosselt und der andere
weiter geöffnet sowie gleichzeitig die Verbindung zwischen dem zu füllenden Arbeitsraum
des Stellzylinders 50 und dem anliegenden Rücklauikanal 44 gedrosselt. Die hydraulische
Flüssigkeit baut daher zwischen den Seiten des Arbeitskolbens 52 einen Differenzdruck
auf und sperrt gleichzeitig durch den nun herrschenden Druckunterschied das kombinierte
Drossel-Rücschlagventil 60. Der Stellzylinder 50 unterstützt damit die Handsteuerung
durch Verstellung seines Gehäuses 51. Mit dieser Verstellung ist aber, da der Stellzylinder
50 und das Steuerventil 30 in ihren Lagen zueinander fixiert sind, eineRückkopplung
verbunden, die das Steuerventil 30 wieder in die Neutralstellung bewegt. Diese Rückkopplung
verhindert, daß der Stellzylinder 50 nach seiner Ansteuerung eine Verstellung der
Steuerfläche 66 bis zur Hartlage ausführt. In diesem Betriebszustand wird daher
einem Flugzeugführer
ein konstantes Steuergefühl vermittelt, das
mit Hilfe des aus Federelementen aufgebauten kraftabhängigen Mitnehmers 16 auf einen
Wert eingestellt werden kann, oberhalb dessen eine manuelle Steuerung nur mit erneblichem
Kraftaufwand möglich sein würde.
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Wird in diesem Betriebszustand der Ausschlag des Steuerknüppels 10
verringert, dann wandern das Steuerventil 30 und das Gehäuse 51 des Stellzylinders
50 je nach ihren kinematschen'verhalnissen gemeinsam zurück. Mit einem Nachgeben
der Ruderstellung ist aber auch eine Verringerung des Rudermomentes verbunden, so
daß auch die Längskraft im Steuergestänge kleiner wird, bis schließlich die vom
Steuerknüppel 10 ausgeübte Kraft ausreicht, um der Steuerfläche 66 manuell das Gleichgewicht
zu halten. Bei dieser Verstellung verschieben sich auch die Steuerkolben 34, 36,
bis sie ihre Neutralstellung erreichen und die Druckdifferenz im Stellzylinder 50
abbauen Das kombinierte Drossel-Rückschlagventil 60 öffnet dann wieder die Bapassleitung
58, so daß der Arbeitskolben 52 wieder kraftlos im Stellzylinder 50 bewegt werden
kann.
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Sollten bei einem mit der erfindungsgemäßen Stellanordnung ausgerüstet-en
Flugzeug schwingende fludermomente auftreten, dann wirkt die Anordnung wegen des
Zusammenwirkens von Steuerventil 30 und Stellzylinder 50 entweder quasi irreversibel
und/oder schwingungsdämpfend.
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Bei kleinen Steuerkräften, d.h. bei Handsteuerung, ist das kombinierte
Drossel-Rückschlagventil offen, so daß ein schneller Öldurchfluß gedrosselt wird
und Schwingungen gedämpft werden. Wird die Ölgeschwindigkeit zu groß, dann sperrt
das kombinierte Drossel-Rückschlagventil die Bypassleitung 58, so daß über die zuvor
erwähnte Rückkopplung die Anordnung irreversibel arbeitet. Sind die Steuerkräfte
groß, d.h. bei der Unterstützung der Steuerung durch den Stellzylinder 50, dann
ist das kombinierte Drossel-Rückschlagventil 60 geschlossen. Die von den Schwingungen
erzeugten Ventilkräfte sind entweder zu klein, um Öffnungen des kombinierten Drossel-Rückschlagventils
zu erzielen, so daß die Anordnung irreversibel wirkt. Sollten die von
den
Schwingungen erzeugten Kräfte ausreichen, das kombinierte Drossel-Rückschlagventil
zu öffnen, dann geschieht dies im Rhythmus der Schwingungen mit einer solchen Phasenverschiebung,
daß die Schwingungen gedämpft werden.
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Die erfindungsgemäße Stellanordnung hat den großen Vorteil, daß sie
bei kleinen und mittleren Kräften als reine Handsteuerung wirkt und hierbei das
echte Steuergefühl vermittelt. Dieser Bereich kann so bemessen werden, daß nur große
Steuerkräfte durch den Stellzylinder mit unterstützt werden.
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Ein großer Vorteil ist auch die Tatsache, daß die Steueranordnung
geschindigkeitsunabhägig ist, d.h. sie vermittelt unabhängig von der sich mit der
Geschwindigkeit ändernden Ruderwirksamkeit im Bereich der Handsteuerung stets das
echte Steuergefühl. Vorteilhaft ist auch die Tatsache, daß diese Steueranordnung
sehr wartungsfreundlich ist, denn bei einer am Boden durchzuführenden Wartung und/oder
Prüfung ist es möglich, sowohl die Steuerfläche als auch das Gestänge ohne Betriebsbereitschaft
des Stellzylinders durch Handverstellung zu verstellen.
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- Patentansprüche -