DE2249965C3 - Flugregler - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/04—Control of altitude or depth
- G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
- G05D1/0607—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft
- G05D1/0615—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft to counteract a perturbation, e.g. gust of wind
- G05D1/0638—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft to counteract a perturbation, e.g. gust of wind by combined action on the pitch and on the motors
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- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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Description
Die Erfindung betrifft einen Flugregler zur Regelung
der Flugbahn und des aerodynamischen Strömungszu-Standes, z. B. der Fluggeschwindigkeit, von Flugzeugen
mit einer Meßeinrichtung für die Flugzeugposition, einer Meßeinrichtung für den aerodynamischen Strömungszustand,
einem schubverändernden Stellglied und wenigstens einem Stellglied für eine Steuerfläche des
Flugzeuges, z. B. für das Höhenruder, mit Eingängen für Führungsgrößen für Flugbahn und aerodynamischen
Strömungszustand, mit Mitteln zur Bildung von Regelabweichungssignalen aus den Signalen der Meßeinrichtungen
und der zugeordneten Führungsgrößen und mit Mitteln zur Steuerung der Stellglieder in
Abhängigkeit von solchen Regelabweichungssignalen im Sinne einer Verminderung der Regelabweichungen.
Bei üblichen Flugreglern sind getrennte Rngelsysteme
für den aerodynamischen Strömungszustand, also z. B, die Fluggeschwindigkeit gegenüber der umgebenden
Luft, und für die Flugbahn vorgesehen. Die Fluggeschwindigkeit wird z. B. über den Staudruck
gemessen und mit einer Führungsgröße verglichen. Das Rcgelabweichungssignal beaufschlagt in einem Vortriebsregler
ein Slellglied für die (iasdrosscl und bewirkt so eine Veränderung des Triebwerksschubs in
einem der Fluggcschwindigkeits-Regelabweichung entgegenwirkenden Sinne. Vollständig unabhängig davon
arbeitet das Regelsystem für die Lageregelung und Flugbahnregeiung (Autopilot und Dämpfer).
Diese enthält eine Meßeinrichtung für die Position des Flugzeugs, z. B. einen Höhenmesser. Das so
erhaltene Signal wird mit einer Führungsgröße verglichen und das so gebildete Regelabweichungssignal
beaufschlagt einen Autopiloten, der über einen Stellmotor z. B. auf das Höhenruder einwirkt. Bt;. einer
Höhen-Regelabweichung wird dann das Höhenruder betätigt, so daß das Flugzeug in Steig- oder Sinkflug
übergeht und damit die Regelabweichung korrigiert.
Neben Autopilot, Dämpfer und Vortriebsregler wird in einigen Anwendungsf'illen neuerdings zur Verbesserung
der Flugbahnregeiung, zur Erhöhung der Aufsetzgenauigkeit und zur Reduktion der Passagier- und
Flugzeugzellenbelastung eine direkte Auftriebsregelung (DLC) vorgesehen, bei der z. B. Vertikalbeschleunigungs-
und Anstellwinkelsignale auf eine auftriebsverändernde Stellgröße (z. B. Auftriebsklappen, Spoiler)
aufgeschaltet werden.
Es ist weiterhin bekannt, auf den Vortriebsregler und den Autopiloten zusätzliche Flugzustandsvariablen
aufzuschalten, um das Regelverhalten zu verbessern. So wird beispielsweise bei einem bekannten Vortriebsregler
dem Regelabweichungssignal ein Signal von einem Längsbeschleunigumismesser entgegengeschaltet, um
die Schubruhe zu verbessern. Wenn nämlich das Flugzeug eine Bö von vorn erfährt, so daß sich
vorübergehend die Relativgeschwindigkeit zwischen Flugzeug und umgebender Luft erhöht, so wird damit
gleichzeitig das Flugzeug gegen Grund verzögert, so daß also ein negatives Beschleunigungssignal entsteht.
Man kann diese Signale so aufeinander abstimmen, daß sie sich kompensieren und der Regler auf solche Böen
— ähnlich wie der menschliche Pilot — nicht mit einer Gasdrosselverstellung reagiert (GB-PS 11 90 199).
Es werden auch bei anderen Vortriebsreglern Längsbeschleunigungssignale auigeschaltet, um eine
Dämpfung der Regelung zu erhalten, wobei das Längsbeschleunigungssignal die sonst schwer zu bildende
Zeitableitung des Geschwindigkeitssignals ersetzt. Auf einen Autopiloten bzw. den Stellmotor für das
Höhenruder wird beispielsweise zur Dämpfung ein von einem Wendekreisel abgegriffenes, der Nickwinkelgeschwindigkeit
proportionales Signal aufgeschaltet.
Diese bekannten Flugregler bzw. Vortriebsregler, direkte Auftriebsregler und Autopiloten haben den
Nachteil, daß die anparatemäßig getrennten Regelsysteme für Fluggeschwindigkeit o. dgl. und Flugbahn
über das Verhalten des Flugzeugs miteinander verkoppelt sind. Ein umgriff in dem einen Regelsystem bewirkt
eine Störung in dem anderen und umgekehrt. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Höhenmesser eine
in bezug auf die Sollhöhe zu große Höhe anzeigt. Der Autopilot setzt dann einen Sinkflug in Gang, um die
Sollhöhe wieder zu erreichen. Dabei wird aber potentielle Energie des Flugzeugs in kinetische Energie
umgesetzt, also die Fluggeschwindigkeit erhöht. Es tritt also durch die Korrektur der Regelabweichung in dem
Flugbahn-Regelsysiem durch den Autopilot eine Störung
des Fluggeschwindigkeits-RegeKystems auf. Dieser Störung muß nun wieder durch einen Eingriff des
Vortriebsreglers entgegengewirkt werden. Umgekehrt bringt eine .Schubveränderung in der Regel eine
Änderung des Flugbahnwinkels, so daß das Flugzeug steigt oder sinkt, also seine Bahn verändert. Es ist
einleuchtend, daß eine solche Art von Regelung zu
größeren Regelabweichungen und geringer Dämpfung neigt. Es ist außerordentlich schwierig, mit einem
solchen aus getrenntem Vortriebsregler und Autopiloten bestehenden Flugregler das Flugzeug bahn- und
geschwindigkeitsmäßig so genau und unabhängig zu führen, wie es beispielsweise für eine automatische
STOL-Landung erforderlich ist.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es bekannt, auf den Vortriebsregler zusätzlich zu dem
Fluggeschwindigkeiis-Regelabweichungssignal Au ein
Signal proportional zu der Vertikalbeschleunigung bzw. der Beschleunigung in Richtung der Hochachse des
Flugzeuges aufzuschalten. Diese bekannte Anordnung (GB-PS 11 90 198) geht von einem Flugzeugtyp aus, bei
welchem sich eine Schubänderung hauptsächlich auf die H Flugbahn und eine Höhenruderverstellung hauptsächlich
auf die Fluggeschwindigkeit auswirkt. Durch das der Vertikalb^schleunigung h proportionale Signal wird
eine Abweichung von der konstanten Flughöhe bzw. einem geraden Gleitpfad festgestellt und auf kürzestem
Wege über den Vortriebsregler zur Bahnregelung herangezogen. Auch bei dieser bekannten Anordnung
ist ein getrennter Vortriebsregler und ein Autopilot vorgesehen, wobei der erstere nur auf die Gasdrossel
und der andere nur auf das Höhenruder wirkt. Es ergeben sich auch dort die vorstehend geschilderten
Schwierigkeiten, die durch die zusätzliche Aufschaltung der Vertikalbeschleunigung auf den Vortriebsregler nur
unzureichend und nur für den Sonderfall gerader, mit konstanter Geschwindigkeit geflogener Flugbahnen
gemildert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flugregler zu schaffen, der mit sehr guter Genauigkeit
eine vorgegebene, gegebenenfalls nichtlineare Flugbahn und vorgegebene Fluggeschwindigkeiten des
Flugzeuges einzuhalten vermag, und das bei großer Schubruhe und hohem Passagierkomfort.
Der Flugregler soll den Einfluß der Fluggeschwindigkcitsregelung
auf die Bahnregelung und umgekehrt vermindern, der bei STOL-Flugzeugen mit großen
Auftriebsbeiwerten besonders groß ist.
Erfindungsgemäß wird das bei einem Flugregler der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß sowohl
das schubveränderndü Stellglied als auch das Stellglied für die Steuerfläche von einer die gegenseitige
Beeinflussung der Regelgrößen vermindernden Kombination der Regelabweichungen von Flugbahn und
aerodynamischem Strömungszustand beaufschlagt ist.
Es wird also nach der Erfindung ein integrierter Flugregler vorgesehen, der gleichermaßen Flüggesehwindigkeit
und Flugbahn regelt, wobei die apparative Trennung zwischen Vortriebsregler, Autopilot und
ggf. direkter Auftriebsregelung aufgegeben wird. Die Erfindung geht dabei von folgender Überlegung aus:
Schaltet man das Regelabweichungssignal für die « Flugbahn (z. B. die Höhenabweichung) nur auf das
Stellglied für die zugehörige Steuerfläche (z. B. das Höhenruder), dann wird dadurch, wie oben geschildert
wurde, außer der Flugbahn auch der aerodynamische Strömungszustand (z. B. die Fluggeschwindigkeit) becinflußt,
Schaltet man andererseits das Regelabweichungssignal nur auf das schubbestimmende Stellglied
(Gasdrossel), so beeinflußt das einmal ebenfalls die
Flugbahn und zum anderen die Fluggeschwindigkeit. Das Signal von der Meßeinrichtung für die Flugbahn
beeinflußt daher sowohl bei Aufschaltung auf das schubbcstimmcndc Stellglied als auch bei Aufschaltung
auf das Stellglied für z. t. das Höhenruder auch den
aerodynamischen Strömungszustand wie die Fluggeschwindigkeit. Wenn man nun das Regelabweichungssignal für die Flugbahn mit geeigneten Faktoren und
geeignetem Vorzeichen gleichzeitig auf das schubbestimmende Stellglied und auf das Stellglied für die
entsprechende Steuerfläche (Höhenruder) aufschaltet, dann kann man erreichen, daß sich die beiden Einflüsse
des Flugbahn-Regelabweichungssignals auf den aerodynamischen Strömungszustand gerade ganz oder weitgehend
kompensieren, der kombinierte Eingriff also keinen Einfluß auf die Größe (Fluggeschwindigkeit) hat.
Ein resultierender Einfluß auf die Flugbahn bleibt dagegen bestehen, welcher der Regelabweichung
entgegenwirkt.
Die gleichen Überlegungen gelten hinsichtlich einer Regelabweichung des aerodynamischen Strömungszustandes.
Es sei der Einfachheit halber angenommen, daß der aerodynamische Strömungszustand die Fluggeschwindigkeit
und der interessierende Flugbahnparameter die Flughöhe sei. Eine Aufschaltung des
Regelabweichungssignals der Fluggeschwindigkeit nur auf die Gasdrossel beeinflußt nicht nu. die Fluggeschwindigkeit,
sondern über eine Veränderung des Anstellwinkels und des Auftriebs auch die Flughöhe.
Eine Aufschaltung des Regelabweichungssignals nur auf das Höhenruder bewirkt nicht nur — über die
Umsetzung von potentieller Energie in kinetische oder umgekehrt — eine Fluggeschwindigkeitsänderurig,
sondern natürlich auch eine Änderung der Flughöhe. Man kann nun wieder das Regelabweicnungssignal der
Fluggeschwindigkeit mit solchen Faktoren und Vorzeichen sowohl auf die Gasdrossel als auch auf das
Höhenruder schalten, daß sich seine Einflüsse auf die Flughöhe ganz oder weitgehend kompensieren. Es
bleibt dagegen ein resultierender Einfluß auf die Fluggeschwindigkeit. Durch die Verwendung eines
solchen apparativ integrierten Flugreglers für Flugbahn und aerodynamischen Strömungszustand können somit
die Regelvorgänge für diese Größen tatsächlich entkoppelt werden, was zu einer wesentlichen Verbesserung
der Regelgenauigkeit, der Böen- und Scherwinduntt_rdrückung,
der Schubruhe und des Passagierkomforts führt und gleichzeitig eine größere Freiheit bei der
Wahl der Reglerparameter für die Regelung jeder einzelnen Regelgröße ermöglicht.
Es ist schon vorteilhaft, wenn die gegenseitige Beeinflussung der Regelvorgänge durch die Anwendung
der Erfindung vermindert wird. Die optimale Auslegung ergibt sich jedoch, wenn die Koeffizienten
oder Übertragungsfunktionen der Kombinationen und die Filterzeitkonstanten so gewählt sind, daß eine
Regelabweichung der Flugbahn und deren Korrektur im wesentlichen ohne Einfluß auf den aerodynamischen
Ström'/nijszustand und umgekehrt eine Regelabweichung
des aerodynamischen Strömungszustandes und deren Korrektur im wesentlichen ohne EinllL'3 auf die
Flugbahn ist.
Der aerodynamische Strömungszustand bei der Erfindung kann beispielsweise auch der Anstellwinkel
sein.
In weiterer Ausbildung der Erfindung können weitere Flugzustandsvariable (z. B. Längsbeschleunigun^ und
Nickwinkelgeschwindigkeit) in Linearkoinbinationen auf die beiden Stellglieder aufgeschaltet sein.
Durch die Aufschaltung der Linearbeschleunigung auf beide Stellglieder in ähnlicher Weise wie die Regelabweichung
des aerodynamischen Strömungszustandes wird eine Kompensation von Böen nach Art der GB-PS
1 I 90 199 erreicht. Die Niekwinkelgeschwindigkeit kiiiiii
ähnlich wie die I löhenablagc ebenfalls auf beide Stellglieder geschaltet werden. Das bringt eine Dämpfung
der riugbahnregeluiig.
Fs können noch weitere Zustanusvariablen zur
Verbesserung der Regelung auf die Stellglieder aufgeschüttet sein.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsheispiel
unter Bezugnahme aiii die Zeichnung näher
erläutert, die ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Flugreglers zeigt.
Bei der dargestellten Ausführungsform dien; als
aerodynamischer Strötmings/ustand der Anstellwinkel ν der bekanntlich in direkter Beziehung zu der
Fluggeschwindigkeit stein. Der Anstellwinkel λ wird in
irgendeiner bekannten Weise, ζ B. an einer Tragfläche
IO gemessen. Das Anstellwinkelsignal χ wird bei 12 mit
einer Fühnmgsgrnße. d. It. einem kommandierten
ßenemgang !4 gegeben wird. Dem Kegler, der generell
mit 16 bezeichnet ist. wird an einem Fingang 18 das
Regelabweichungssignal .1\ zugeführt
I'm geneigter l.inearbeschlcunigungsinesscr 20 liefert
ein I.inearbesclileunigungssignal b. welches auf einen
Hingang 22 des Reglers geschaltet ist. Der Neigungswinkel des l.inearbeschleunigungsmessers ist von ilen
Werten der Flugzeugpolaren abhängig und ermöglicht eine gleichzeitige Kompensation von Horizontal- und
Vertikalböen.
I.ine weitere Zustandsvariablc, die von einem Wendekreisel 24 geliefert wird, ist die Nickwinkelgeschwindigkeit
\ v. Diese wird auf einen weiteren r.ingang 26des Reglers If) geschaltet.
Schließlich liefert ein Höhenmesser 28 ein Signal proportional der Flughöhe h. Dieses Signal wird bei 30
mil einer F'ührungsgröße. also einer kommandierten Flughöhe /?, verglichen.die von einem Flugbahnrechner
32 geliefert und auf einen Führungsgrölkncingang 34 gegeben wird. Der Flugbahnrechner 32 kann beispielsweise
aus den von einem Funklcitstrahl mit DMF gelieferten Schrägentfernungssignalen die kommandierte
Flughöhe Λ,- iiitch einer vorgegebenen Funktion
der Schrägentfernung R vom i.eitstrahlsender liefern.
Die llöhenabweichung Ah wird auf den Fingang 33 des
Reglers 16 gegeben.
Der Regler 16 hat zwei Stellgrößen, nämlich den Schub V der Triebwerke 36. der durch ein an der
i jasdros'.el angreifendes Stellglied in bekannter Weise
veränderbar ist. und den Höhcnruderausschlag η Das
r, Stellglied an der Gasdrossel wird durch den Keglerausgang 38 dargestellt. Fin /weites Stellglied, symbolisiert
durch den Riglrraiisgang 40. wirkt auf das I löhenruder
42.
;o F.ingänge 18. 22, 2(>
und 33 des Reglers 16 direkt oder gefiltert — mit unterschiedlichen Koeffizienten — auf
beide Ausgange .38 und 40 geschaltet
Der Aiisdiiick »Steuerfläche« ist nicht auf das
Höhenruder beschränkt. Bei Anwendung einer direkten
j-, Auftriebsregelung mit Auftriebsklappen oder Spoilern
können die l.inearkombinationen der Signale in
entsprechender Weise auch auf die Stellmotoren für die Spoiled .uilgeschaltet werden. Fs können auch l.inearkombinationen
von Signalen in der beschriebenen
in Weise sowohl auf den Stellmotor für den Spoiler als auch auf den Stellmotor für das Höhenruder aufgcschaltct
werden. Dabei wird üblicherweise der Spoiler auf höhcrfrequentc Komponenten der Signale ansprechen
und das Höhenruder auf niederfrequente. Das kann durch geeignete filter erreicht werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Flugregler zur Regelung der Flugbahn und des aerodynamischen Strömungszustandes, z. B. der
Fluggeschwindigkeit, von Flugzeugen mit einer Meüeinrichtung für die Flugzeugposition, einer
Meßeinrichtung für den aerodynamischen Strömungszustand, einem schubverändernden Stellglied
und wenigstens einem Stellglied für eine Steuerflüche des Flugzeuges, z. B. für das Höhenruder, mit
Eingängen für Führungsgrößen für Flugbahn und aerodynamischen Strömungszustand, mit Mitteln
zur Bildung von Regelabweichungssignalen aus den Signalen der Meßeinrichtungen und der zugeordneten
Führungsgrößen und mit Mitteln zur Steuerung der Stellglieder in Abhängigkeit von solchen
Regelabweichungssignalen im Sinne einer Verminderung der Regelabweichungen, dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl das schubverändernde Stellglied als auch das Stellglied für die Steuerfläcfep von einer die gegenseitige Beeinflussung
der beiden Regelgrößen vermindernden Kombination der Regelabweichungen von Flugbahn
und aerodynamischem Sirömungszustand beaufschlagt ist.
2. Flugregler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß die Koeffizienten oder Übertragungsfunktionen der Kombinationen so gewählt sind, daß
eine Regelabweichung der Flugbahn und deren Korrektur im wesentlichen ohne Einfluß auf den jo
aerodynamischen Strömungszustand und umgekehrt eine Regelabweichung der auftriebsbestimmenden
Größe und deren Korrektur '--.ι wesentlichen ohne
Einfluß auf die Flugbahn :st.
3. Flugregler nach Anspruch ' oder 2, dadurch J5
gekennzeichnet, daß weiten: Flugzustandsvariable.
z. B. Längsbeschleunigung und Nickwinkelgeschwindigkeit, in Linearkombinationen auf die Stellglieder
aufgeschaltet sind.
40
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2249965A DE2249965C3 (de) | 1972-10-12 | 1972-10-12 | Flugregler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2249965A DE2249965C3 (de) | 1972-10-12 | 1972-10-12 | Flugregler |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2249965A1 DE2249965A1 (de) | 1974-04-18 |
DE2249965B2 DE2249965B2 (de) | 1981-04-23 |
DE2249965C3 true DE2249965C3 (de) | 1981-12-24 |
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ID=5858806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2249965A Expired DE2249965C3 (de) | 1972-10-12 | 1972-10-12 | Flugregler |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2249965C3 (de) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1515349A (fr) * | 1966-06-29 | 1968-03-01 | Fluggeratewerk Bodensee G M B | Régulateur de propulsion pour avions ou analogues |
-
1972
- 1972-10-12 DE DE2249965A patent/DE2249965C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2249965B2 (de) | 1981-04-23 |
DE2249965A1 (de) | 1974-04-18 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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