DE2304292C3

DE2304292C3 - Einrichtung zur Erzeugung eines künstlichen Steuergefühls für eine manuell betätigte, hydraulische Steuerung für Luftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2304292C3
Application number: DE19732304292
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Ben Der
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1973-01-30
Filing date: 1973-01-30
Publication date: 1981-03-26
Also published as: DE2304292B2; DE2304292A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines künstlichen Steuergefühls für eine manuell betätigte, hydraulische Steuerung für Luftfahrzeuge, mit iwei gleichartigen Steuereinrichtungen, die über ein Hebelgetriebe in Abhängigkeit vom Pitotdruck und vom statischen Druck auf je ein hydraulisches Ventil einwirken, das je eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit mit dem Zu- und Rücklauf je eines gesonderten Druckflüssigkeitsk^rfislaufes verbindet, wobei die Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit untereinander und fiber ein Hebelgestänge mit dem Handsteuerhebel des Piloten verbunden sind.

Aus der CiB-PS 11 44 255 ist eine flüssigkeitsdruekbe tätigte Vorrichtung bekannt, die bei einer Flugzeugsteuerung das Gefühl aerodynamischer Kräfte an den Flügeln des Flugzeugs simuliert. Aus dieser Druckschrift ist es auch bekannt, die Vorrichtung doppelt vorzuse- 6C hen, wobei jede dieser Vorrichtungen auf Pitot und Atmosphärendrücke anspricht, um identische hydraulische Arbeitsdrücke für die Stellvorrichtung zu schaffen. Wie bei Flugzeugkonstruktionen üblich, gehört zu jedem der Arbeitsdrücke ein entsprechender Rücklauf- <>5 druck in einem geschlossenen hydraulischen Kreis. Der Druck in einer Rücklaufleitung ist abhängig von der Arbeit verschiedener Einrichtungen, die in die Rücklaufleitung ausströmen, so daß der Druck in der Rücklaufleitung dazu neigt, sich zu ändern. Auf diese Druckänderungen in der Rücklaufleitung spricht ein Ventil an, um entsprechend diesen Druckänderungen eine Kompression der Arbeitsdrücke zu erreichen.

Diese bekannte Einrichtung ist jedoch unfähig, einen Ausgleich zu schaffen, wenn einer der Rücklaufdrücke auf einen beträchtlichen Wert scharf ansteigt In einigen Luftfahrzeugen kann das plötzliche Entströn^n hoher hydraulischer Drücke in eine Rücklaufleitung sehr hohe Drücke vorübergehend in dieser Leitung verursachen. Dies kann sich auch dann ereignen, wenn die Rücklaufleitungen mit Reservoirs niedrigen Drucks verbunden sind, da die Rücklaufleitungen einen beträchtlichen Fließwiderstand gegenüber dem Fließmittel aufweisen können. Ein Fehler einer der Arbeitsdrücke oder ein beträchtlicher Anstieg einer der Rücklaufdrücke führt zu einer ungewollten Betätigung der Vorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß bei fehlerhaften Arbeits- oder Rücklaufdrücken eine exakte Simulierung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste und zweite Kolben in einem Zylinder hintereinander angeordnet und durch einen Ansatz am zweiten Kolben vriieinander getrennt sind und daß ein dritter Kolben koaxial zu den beiden Kolben in einem Zylinder angeordnet ist. daß der zweite Kolben und der dritte Kolben an einer durch die Trennwand zwischen den Zylindern hilldurchgeführte und längs verschiebliche Schubstange anliegen, daß der dritte Kolben gegen den zweiten Kolben durch den Druck im Zulauf des zweiten Flüssigkeitskreislaufes beaufschlagt ist und auf der gegenüberliegenden Seite des dritten Kolbens der Druck im Rücklauf des /weiten Flüssigkeitskreislaufes liegt, daß im Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben der Druck im Zulauf des ersten Kreislaufes herrscht und jeweils die anderen Seiten des ersten und /weiten Kolben¹· vom Ui jck im Rücklauf des ersten Kreislaufes beaufschlagt sind.

Die erfindungsgemäße Einrichtung erreicht auch dann eine genaue Simulierung, wenn die Arbeits- oder Rücklaufdrücke sich erheblich ändern.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung bleibt die Charakteristik der Gefühlskraft entsprechend einem Wert beibehalten, der bestand, als die vorbestimmte Luftgeschwindigkeit erreicht war. Die Gefühlskraft wird ständig geindert. wobei dies oberhalb einem vorbestimmten Wert der Luftgeschwindigkeit entsprechend einem unterschiedlichen Gesetz geschieht.

Es wird auch dann cm ausreichendes Maß an Gefühlssimulierung geschaffen, wenn beide Arbeitsdrücke völlig ausfallen.

Die Einrichtung wird besonders vorteilhaft bei Luftfahrzeugen verwendet, die mit hoher Geschwindig keit fliegen und deren Flügelgeometrie variabel ist. Das Maß des Wechsels von Gef Jhlskräften erfährt bei einer Luftfahr/eugkontrollvomchtung beträchtliche Ände rungen bei hohen Geschwindigkeit«, η und auch mit einem Wechsel in der Geometrie des Luftfahrzeugs, Nachdem eine bestimmte Machzahl erreicht ist, bleibt die Neigung erhalten, daß die Gefühlskräfle sich ändern, aber sie folgen einem anderen Gesetz als demjenigen, das unterhalb einer bestimmten Machzahl erhalten wird.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen ist

F i g. I eine schematische Darstellung zur Erzeugung

von Druckssgnalen in Abhängigkeit von Pitot- und Staiikdrücken eines Flugzeugs,

Fig.2 eine Darstellung eines Stellglieds, das auf die Drücke anspricht, die von der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung erzeugt werden, und ί

F i g. 3 ein Schnitt an der Linie 3-3 der F i g. 2.

Die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung weist zwei im wesentlichen identische Anordnungen auf, von denen eine im einzelnen beschrieben wird.

Ein Gehäuse 10 ist in drei Kammern 11,12,13 durch Membranen 14, 15 unterteilt. Die Kammern 11 und 13 sind im Betrieb vom Druck im Pitotrohr eines zugehörigen Flugzeugs beaufschlagt, und die Kammer 12 wird vom Statikdruck beaufschlagt, der das Flugzeug umgibt Ein Hebel 17 ist schwenkbar und dichtend in ii einer Wand eines weiteren Gehäuses 16 gelagert. Der Hebel 17 erstreckt sich durch eine flexible Dichtung 18 in die Kammer IZ

Ein Hebel 19 ist schwenkbar in der Kammer 12 gelagert und wird von einer Feder 20 in Richtung auf den Hebel 17 gespannt. Eine Wiege 21 ist auf dem Hebel 19 verschiebbar und kann von einer Schraub; 22 eingestellt werden. Eine Rolle 23, die die Wiege 21 trägt, greift zwischen den Hebeln 17 und 19 ein. Eine Schubstange 24 sitzt zwischen einer Mittelplatte 25 an der Membrane 14 und dem Hebel 17. und eine weitere Schubstange 54 sitzt zwischen einer Platte 27 an der Membrane 15 und dem Hebel 19. Eine unter Vakuum Itehende Kapsel 26 ist an der Platte 27 angebracht, ebenso am Gehäuse 10 in der Kammer 13. Eine Feder 28 κι spannt die Membrane 14 gegen den Druck in der Kammer 11.

Ein dritter Hebel 29 ist schwenkbar im Gehäuse 16 gelagert. Eine Rolle 30 greift zwischen den Hebel 29 und das Ende des Hebels 17 ein. das von der Rolle 23 js entfernt liegt. Die Rolle 30 selbst ist in bezug auf die Hebel 17 und 29 durch einen Arm 31 bewegbar. Der Arm 31 ist drehbar mit einem Kurvenabtaster 32 gekoppelt. Der Kurvenabtaster 32 greift in eine geschlitzte Kurvenführung 33 ein, deren Winkelposition von der Schwenkung der Flügel des zugehörigen Flugzeugs abhängt, bei dem es sich um eine Ausführung handelt, bei der die Flügelgeometrie veränderlich ist.

Eine Ventilanordnung 34 weist eine Druckeingangs-Cffnung 35 auf. die mit einem Speicher 36 in Verbindung tteht, ebenso mit einer Druckr"ittelquelle 47. Die Ventilanordnung 34 weist ferner eine Druckausgangsftffnung 37 und ein kolbenartiges Steuerglied 38 auf. das so bewegbar ist. dab der Durchfluß zwischen den Offnungen 35 und 37 gesteuert wird. Das Glied 38 weist v> einen Kanal 39 auf. der mit der öffnung 37 in Verbindung steht und in einem Ende des Gliedes 38 mundet. Der Kanal 39 ist normalerweise durch ein Kugelschließglied 40 verschlossen, das /wischen dem Steuerglied 38 und einem Schaft 41 sitzt. Der Schaft 41 « greift am Hebel 29 an und ist durch eine Feder 42 so gespannt, daß das .Schließglied 40 in seine geschlossene Stellung und das Steuerglied 38 in Richtung auf eine geöffnete Stellung der Ventilanordnung 34 gespannt wird. Der Druck an der Ausgangsöffnung 37 wird über t>n tincn Kanal 43 /.um Ende des Glieds 38 geleitet, das vom Kugelschließglied 40 entfernt liegt, um damit das Glied 38 gegen die Feder 42 zu drücken. Die Ventilanordnung 34 weist ferner zwei Öffnungen 44, 45 auf, die ständig miteinander verbunden sind. Eine Hubbewegung des h5 Glieds 38 untei dem Einfluß der Feder 42 und des Drucks im Kanal 43 ermöglicht eine Verbindung der öffnung 37 abwechselnd mit der Öffnung 35 und mit den öffnungen 44,45. Der Druck P1 an der öffnung 37 wird damit auf einen Wirt zwischen dem an der Quelle 47 und dem Druck P3 in einer Niederdruckrückleitung 4b geregelt. Ein Hubmagnetventil 48 ist so erregbar, daß die Quelle 47 mit der Öffnung 35 über ein Druckbeaufschlagungsventil 49 verbunden wird, und wenn das Hubmagnetventil entregt ist, wird die Quelle 47 abgesperrt.

Eine identische Anordnung weist Öffnungen 50,51 für ein Drucksignal P2 bzw. ein Rücksignal P 4 auf. welche den öffnungen 37, 45 in der vorstehend beschriebenen Anordnung entsprechen, so daß der Differenz -zwischen den Drücken PX und Pi normalerweise gleich der Differenz zwischen den Drücken P2 und P4 ist. Ein Arm 5Z der dem Arm 51 entspricht, ist durch den Kurvenabtaster 32 mittels einer Koppelstange 53 drehbar.

Die in F i g. 2 und 3 gezeigte Anordnung eines Stellglieds ist mit einem Gehäuse 60 versehen, an dem ein gegabelter Kurbelhebel 61 gelagert ist. Der Hebel 61 ist an seinem Ende 62 mit einem w η Hand bedienten Teil 63 einer kraftbetätigten Vorrichung 71 für die Flugzeug-'fuerflächen (F ig. 1) verbunden. Im Gehäuse 60 sit/' /v,ei axial fluchtende Zylinder 64, 65 gleicher Durchmesser Im Zylinder 64 sind zwei Kolben 66, 67 verscl .jbbar. Der Kolben 67 weist einen axialen Ansatz 68 auf. der /ur Anlage an einem Widerlagc am Kolben 66 vorgesehen ist, um einen axialen Mindestabstand zwischen den Kolben bk nd 67 zu schaffen. Der Kolben 66 ist /ur Anlage an einer Schubstange 69 vorgesehen, die sich dichtend durch eine Endwand 70 des Zylir.ders 64 erstreckt und an der ein Kreuzkopf 72 und die Enden des Kurbelhebels 61 gelagert sind, die vom Ende 62 desselben entfernt liegen.

Eine weitere Schubstange 74 erstreckt sich dichtend und verschiebbar durch eine Wand 75. die die Zylinder

64 und 65 tren;it. und an ihr kann sowohl der Kolben 67 als auch ein dritter Kolben 76 anliegen, der im Zylinder

65 verschiebbar ist. Eine Öffnung 77 öffnet in den Zylinder 64 zwischen den Kolben 66 und 67 und steht mit dem Druck PX über die Öffnung 37 an der di uckabhängigen Vorrichtung in Verbindung, die in Fig. 1 gezeigt ist. Der Druck P3 bei 45 an der druckabhängigen Vorrichtung wird über einen Kanal 78 und Kanäle 79 und 80 zu den Seiten der Kolben 66, 67 geleitet, die von der öffnung 77 abgewandt sind Die Drücke P2 und P4 an den Öffnungen 50 und 51 der in f- i g. I gezeigten Vorrichtung stehen über Kanäle 81 b/w. 82 mit gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 76 in Verbindung, wobei der Druck P2 an der öffnung 50 den Kolben 76 in Richtung auf den Kolben 67 beaufschlägt.

Am Gehäuse 60 sind zwei gegenüberliegende. fluc^u,<ende Druckfedern 83, 84 gelagert, die durch betreffende Führungen 85, 86 und Endanschläge 87, 88 orientiert sind. Zwischen den Federn 83, >T4 sitzt ein Kreuzkopf 89. der mit dem Kurbelhebel 61 durch eine Koppel 90 gekoppelt ist. Der Hebel 61 ist damit durch die Federn 83, B4 in eine Mitte'lage gespannt, wenn eir. Gleichgewicht vorherrscht. Dabei ist die anfänglich erforderliche Kraft zur Bewegung des Hebels 61 aus seiner Mittellage normalerweise sehr klein. Fs Ll jedoch eine weitere Feder 91 in der Führung 85 vorgesehen. Ein Schaft 92 greift am Kreuzkopf 89 an und erstreckt sich durch die Feder 91 so daß die Bewegung des Schafts 92 in die eine oder anders Richtung die Feder 91 zusammendrückt. Die auf den Hebel 61 beispielsweise bei einer Drehung des Hebels 61 nach rechts gemäß

F i g. 2 ausgeübte Kraft ist gleich der von den Federn 84, 91 ausgeübten Kraft minus der von der Feder 83 ausgeübten. Die Abmessungen der Federn 83, 84 sind derart, daß sie bei einem Drittel der maximalen Bewegung des Hebels 61 voll ausgefahren sind. Bei ·, diesem Punkt nimmt deshalb die Rate in der Änderung der Kraft auf den Hebel 61 ab. Die gleichen Bedingungen gelten natürlich für eine Bewegung des Hebels 61 nach links.

Ferner ist mit dem Kreuzkopf 89 ein Dämpferkolben in 93 verbunden, der in einem Zylinder 94 in der Führung 86 verschiebbar ist. Die gegenüberliegenden Seilen des Kolbens 93 sind über eine Durchflußdrosselstclle 95 und durch zwei Sicherheitsventile 96, 97 miteinander verbunden, die zum Abheben während der Bewegung ι ι des Kolbens 93 in entgegengesetzte Richtungen eingerichtet sind. Das Medium gelangt in den Dampferzylinder 94 über ein Rückschlagventil 98 von einer Leitung 99 zwischen dem Kanal 78 (Fig. 3) und der öffnung 45 (Fig. i). Ein ihermiscnes Siciieiniruhvcniii .■>> 100 nimmt eine F.xpansion des Mediums im Zylinder 94 auf.

Die Membrane 14 wird im Betrieb auf gegenüberliegenden Seiten vom Pitot- und Statikluftdruck am Flugzeug beaufschlagt. Die resuhierende Kraft wird ' über die Schubstange 24. den Hebel 17. die Rolle 30, den Hebel 29, den Schaft 41 und die Kugel 40 auf das Ventilsteuerglied 38 übertragen, wobei eine Zunahme dieser Kraft zu einer Bewegung des Steuerglieds 38 zum Öffnen der Öffnung 35 führt, um damit eine höhere tu Druckdifferenz an den Kolben 66 und 67 entstehen zu lassen. Die andere Hälfte der in F i g. I gezeigten Anordnung verhält sich identisch, um eine höhere Druckdifferenz an dem Kolben 76 entstehen zu lassen, so daß der Kolben 76 in Richtung auf den Kolben 67 r. gedrückt wird. In diesem Zustand befinden sich die Kolben 67,76 und die Schubstange 74 im Gleichgewicht, und auf die Schubstange 69 wird vom Kolben 66 eine Kraft entsprechend der Druckdifferenz am Kolben 66 ausgeübt. -m

Bei Ausfall des Drucks P1 an der Öffnung 77 wird der Kolben 67 vom Kolben 76 in Anlage an den Kolben 66 gedrückt. Die Kraft wird dann vom Kolben 76 auf die Schubstange 69 entsprechend dem Druck am Kolben 76 ausgeübt. Diese Kraft ist die gleiche wie die. die vom ■»'. Kolben 66 vor dem Ausfall ausgeübt worden ist. da der Druck an den Kolben 66, 67 und 76 jeweils normalerweise gleich ist. Wenn während des normalen Betriebs der Druck PI an der Öffnung 81 abfällt, hat das keinen Effekt auf die Schubstange 69. da die Schubslange 69 normalerweise nur auf den Kolben 66 anspricht. Ein Anstieg in den Austritlsdrücken P3, PA in den Kanälen 78, 82 hat den gleichen Effekt wie ein Abfall im Druck P\, P2 in den entsprechenden Öffnungen 77,81.

Die Ventilanordnung 34 (Fig. 1) ist im übrigen nicbi nur zum Ansprechen auf die Kräfte eingerichtet, die von der Membrane 41 ausgcübi werden, sondern auch auf die von der Membrane 15 und der Kapsel 26. Die Abmessungen der Membrane 15 unr! der Kapsel 26 sind derart, daß bei niedrigeren Werten des Pitotdrucks der Druck an der Kapsel 26 die Druckdifferenz an der Membrane 15 überwindet. Die Membrane 15 übt in diesem Zustand überhaupt keine Kraft auf die Schubstange 54 aus. um die Kraft auf der Stange 24 zu versetzen. Bei einem bestimmten Verhältnis von Pitotdruck zu statischem Druck wird der Druck auf die Kapsel 26 überwunden, und die Membrane 15 hebt sich. Auf Grund der ubersei/.uiig im ricuclsysicin der Membrane 15 bewirkt eine Zunahme im Verhältnis Pitotdruck zu statischem Druck über den Sollwert hinaus eine Umkehrung in der Funktion der Ventilanordnung 34 und damit des Drucks, der auf den Kolben 66, 67, 76 wirksam wird. Die Machzahl der Flugzeugge schwindigkeit ist proportional zum Verhältnis Pitotdruck zu statischem Druck, und die vorstehende Umkehrung kann damit so festgelegt werden, daß sie bei eine, bestimmten Machzahl erfolgt.

Ein Ansprechen der Ventilanordnung 34 auf den Pilotdruck und den statischen Druck wird ebenso durch den Schwenkwinkcl der Flugzeugflügel über die Kurvenführung 33 modifiziert, wie das vorstehend beschrieben worden ist.

Es versteht sich, daß die vorstehende Beschreibung der Funktion einer Hälfte der Vorrichtung zur Erzeugung von Mediumsteuerdruck auch für die andere identische Hälfte gilt.

Eine Bewegung des Steuerhebels 63 zur einen oder anderen Seite einer Mittellagc führt zu einer Verschwenkung des Kurbelhcbcls 61 zur Bewegung des Kreuzkopfes 72 gegen die von der Schubstange 69 auseeübte Vorspannung. Die zur Bewegung des Hebels 63 erforderliche Kraft ist damit von der Flugzeughöhe, der Flugzeuggeschwindigkeit und der Flügelstellung abhängig, und damit wird ein »Empfinden« geschaffen, das den aerodynamischen K räften entspricht, die auf das Flugzeug einwirken.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Erzeugung eines künstlichen Steuergefühls für eine manuell betätigte, hydraulische Steuerung für Luftfahrzeugs, mit zwei gleichertigen Steuereinrichtungen, die über ein Hebelgetriebe in Abhängigkeit vom Pitotdruck und vom statischen Druck auf je ein hydraulisches Ventil einwirken, das je eine hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit mit dem Zu- und Rücklauf je eines gesonderten Druckflüssigkeitskreislaufes verbindet, wobei die Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit untereinander und über ein Hebelgestänge mit dem Handsteuerhebel des Piloten verbunden sind, d a durch gekennzeichnet, daß der erste und ö zweite Kolben (66, 67) in einem Zylinder (64) hintereinander angeordnet und durch einen Ansatz (68) am zweiten Kolben (67) voneinander getrennt sind und daß ein dritter Kolben (76) koaxial zu den beiden Kolben (66, 67) in einem Zylinder (65) >o angeordnet ist, daß der zweite Kolben (67) und der dritte Kolben (76) an einer durch die Trennwand (75) zwischen den Zylindern (65, 64) hindurchgeführte und längs verschiebliche Schubstange (74) anliegen, daß der dritte Kolben (76) gegen den zweiten Kolben (67) durch den Druck (P 2) im Zulauf des zweiten Flüssigkeitskreislaihes beaufschlagt ist und auf der gegenüberliegenden Seite des dritten Kolbens (76) der Druck (P4) im Rücklauf des zweiten Flüssigkeitskreislaufes liegt, daß im Raum so zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben (66, 67) der Diuck (Pi) im Zulauf des ersten Kreislaufes herrscht und jeweils die an "eren Seiten des ersten und zweiten Kolbens (66, 67) vom Druck (P 3) im Rücklauf des ersten Kreislauf ; beaufschlagt sind. is

2. Einrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke (P,. Pr. Pj. Px) in den Zulaufen als auch in den Rückläufen jeweils gleich sind.

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