DE2315906A1

DE2315906A1 - Anordnung zur ueberwachung und steuerung eines redundanten elektrohydraulischen stellantriebs

Info

Publication number: DE2315906A1
Application number: DE2315906A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Koopmann; Eike Schmidt
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1973-03-30
Publication date: 1974-10-10
Also published as: US3877346A; GB1408126A

Description

72-B III-58 Bremen, den 15. März 1973

Sm/ka

Vereinigte Flugtechnische Werke~Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Anordnung zur Überwachung und Steuerung eines redundanten elektrohydraulischen Stellantriebs

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung und Steuerung eines aus mehreren Einfachantrieben bestehenden redundanten hydraulischen Stellantriebes mit mindestens zwei durch Servoventil gesteuerten und durch je ein Analogon überwachten Arbeitszylinder^ deren Kolben auf eine gemeinsame Last wirken.

Zur Steuerung von beweglichen Objekten, insbesondere von modernen Hochleistungsflugzeugen, werden Stellantriebe mit großer Stellgenauigkeit benötigt. Hierfür sind Ausführungsformen einfacher und mehrfach redundanter hydraulischer Stellantriebe bekannt, bei denen durch Servoventile gesteuerte Arbeitszylinder auf die jeweilige Last wirken. Da Einfachantriebe wegen der im Flugzeugbau geforderten Ausfallsicherheit praktisch nicht verwendbar sind, ist es notwendig, aus mindestens zwei Einfachantrieben einen Mehrfachantrieb aufzubauen. Mehrfachantriebe erfordern aber eine Überwachung der Stellgenauigkeit jedes Einfachantriebes, was mit Hilfe eines für jeden Einfachantrieb vorgesehenen Vergleichsmodells eines sogenannten Analogons und eines lastunabhängigen elektrischen oder hydraulischen Komparators erfolgen kann. Mit den Ausgangssignalen der Komparatorcn

—2—

• 409841/0U1

ist es dann möglich, den zugeordneten fehlerhaften Arbeitszylinder abzuschalten, so daß für den weiteren Betrieb nur noch die fehlerfreien Arbeitszylinder eingeschaltet bleiben.

Bei einem Duplex-Antrieb, das heißt einem aus zwei Einfachantrieben aufgebauten Stellantrieb, würde nach dem Abschalten eines ersten -fehlerhaften Arbeitszylinders ein"weiterer Fehler nicht mehr abgeschaltet werden können, sondern zum Ausfall des Stellantriebes führen. Bei den bekannten Stellanordnungen ist daher zur Vermeidung eines derartigen Ausfalls ein mechanisches Notsteuersystein vorgesehen, was neben der Erfüllung der im Flugzeugbau zusätzlich geforderten Gewichtsarmut zusätzliche Probleme aufwirft. Ein mechanisches Notsteuersystem bereitet nämlich Schwierigkeiten hinsichtlich der Einstellbarkeit s°w>ie hinsichtlich der Austauschbarkeit von Komponenten. Außerdem ist die Überwachung und Prüfung derartiger Notsteuersysteme schwierig, so daß nur in seltenen Fällen ein mechanisches Notsteuersystem als brauchbar angesehen wird.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen aus mindestens zwei Einfachantrieben aufgebauten und durch Analoga überwachten redundanten elektrohydraulischen Stellantrieb vorzusehen, der nach dem Ausfall der überwachten-Einfachantriebe ohne Verwendung eines mechanischen Notsteuersystems weiterhin funktionsfähig bleibt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß den überwachten Arbeitszylindern ein weiter in Wartestellung stehender Arbeitszylinder zugeordnet ist, der durch eine in Abhängigkeit der Analoga beeinflußte Steuerschaltung nach Ausfall aller überwachten Arbeitszylinder einschaltbar ist.

Der erfindungsgemäße Stellantrieb zeichnet sich gegenüber einem Stellantrieb mit mechanischem Notsteuersystem durch einen einheitlichen Aufbau aus, wodurch mechanisches Spiel und Reibungen weitgehend vermieden werden. Auch hinsichtlich der Gewichtsforderungen ergeben sich Vorteile, denn ein zusätzlicher Arbeitszylinder ist

—3—

409 841/0U1

im Vergleich zum Steuergestänge eines mechanischen Notsteuer— systems günstiger.

Die zur Einschaltung des'zusätzlichen Arbeitszylinders erforderliche Steuerschaltung kann hierbei ohne großen Aufwand mit Hilfe der Überwachungsvorrichtung aufgebaut werden. Da die Überwachungsvorrichtung soviel Komparatoren wie überwachte Arbeitszylinder aufweist, können die Ausgangssignale dieser Komparatoren, welche durch die Signale der Analoga bzw. von an den überwachten Arbeitszylindern angeordneten Meßgebern beeinflußbar sind, einerseits einem Und— Gatter zur Einschaltung eines in Wartestellung stehenden zusätzlichen Arbeitszylinders und andererseits Steuerorganen der überwachten Arbeitszylinder zu deren Abschaltung zugeleitet werden. Die Einschaltung des zusätzlichen Arbeitszylinders kann hierbei durch Ankupplung des Kolbens dieses laufend mitgesteuerten Arbeits— zylinders oder durch Einschaltung der Steuerung des laufend angekuppelten Arbeitszylinders erfolgen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Bei dieses Ausführungsbeispiel wird mit Hilfe eines Steuerknüppels ein Quadruplexpotentioraeter 11 verstellt, das.vier gleichgroße elektrische Signale erzeugt, wovon drei einem triplizierten Flugregelsystem 13 zugeführt sind. Auf den Steuerknüppel 10 wirkt dabei eine Anordnung 12, die bei Auslenkungen ein Steuergefühl nachbildet. Das Flugregelsystea 13 steuert gleichzeitig zwei Einfachantriebe 14, 15» während der zusätzliche Einfachantrieb 16 direkt durch ein Signal des Quadimplexpotentiometers 11 angesteuert wird. Das Flugregelsystem 13 steuert weiterhin zwei den Einfachantrieben 14, 15 zugeordnete Analoga 17, 18. Die Ansteuerung des zusätzlichen Einfachantriebs 16 braucht nicht unbedingt direkt durch das Quadruplex— potentiometer 11 zu erfolgen, sondern es ist - wie gestrichelt angedeutet - auch möglich, diesen Einfachantrieb über das Flug-

-4-409841/0U1

2315.306

regelsystem 13, das dann als Quadruplexregelsystem ausgeführt sein müßte, anzusteuern.

Innerhalb jedes Einfachantriebes 14» 15» 16 gelangen die zugeführten Steuersignale zu je einem Verstärker 20, der über ein Servoventil 21 den jeweiligen Arbeitszylinder 22 steuert. Die Stellung des Arbeitszylinders wird dabei mit einem Potentiometer 23 erfaßt und als Rückführsignal über ein entsprechend bemessenes Netzwerk 24 auf einen Eingang des Verstärkers 20 zurückgeführt. Die Einfachantriebe 14, 15 sind weiterhin mit je einem 5/2 Wegeventil 25 und der Einfachantrieb mit einem 2/2 Wegeventil 41 versehen, die - wie später noch erläutert wird - zum Ein- und Abschalten der betreffenden Antriebe vorgesehen sind.

Die Kolbenstangen 25 der Arbeitszylinder 22 der zwei Einfachantriebe 14, 15 sind an einem Waagebalken 27 gekuppelt, der über eine weitere schaltbare Kupplung 28 mit einer Steuerstange 29 in Verbindung steht. An dieser Steuerstange 29 greift auch die Kolbenstange 26 des zusätzlichen Einfachantriebes 16 an, die über eine Querstange 30 fest mit dieser Steuerstange 29 verbunden ist. Mit der Steuerstange 29 können z.B. Steuerdüsen 31 eines VTOL-Flugzeugs direkt verstellt werden oder es können hiermit Leistungsstellglieder 32 eingestellt werden, die zur Verstellung von Steuerflächen 33 eines Flugzeugs vorgesehen sind. Auf die Kupplung 28 kann auch verzichtet werden, denn es ist grundsätzlich möglich, die Steuerstange direkt mit dem Waagebalken 27 zu verbinden.

Zur Überwachung und Steuerung der Einfachantriebe 14, 15» l6 ist die Steuerschaltung 35 vorgesehen, die aus zwei Komparatoren 36, 37 und einem Und-Gatter 38 besteht. Die Komparatoren 36, 37 erhalten Eingangssignale von je einem Analogon I7, 18 und von den als Meßgeber eingesetzten Potentiometer 23 der zugeordneten Einfachantriebe 14, 15· Bei einem Unterschied der den Komparatoren 36, 37 zugeführten Eingangssignale geben diese beim Überschreiten eines einstellbaren Schwellwertes ein Ausgangssignal ab, das sowohl dem Und-Gatter 38

4 0 9 8 A 1 / 0 U 1 -5-

als auch dem 5/2 Wegeventil 25 der zugeordneten Einfachantriebe zugeführt ist. Geben beide Komparatoren 36» 37 ein Ausgangssignal ab, so werden beide Einfachantriebe 14» 15 abgeschaltet und über das Und-Gatter 38 das 2/2 Wegeventil 41 des zusätzlichen Einfachantriebs 16 angesteuert, wodurch der Einfachantrieb 16 eingeschaltet wird. Gleichzeitig mit diesem Schaltvorgang wird die schaltbare Kupplung 28 — falls eine derartige vorgesehen ist - durch das Ausgangs— signal des Und-Gatters 38 angesteuert und der aus den Einfachantrieben 14, IS bestehende Duplex—Antrieb von der Steuerstange 29 abgetrennt. Die Einschaltung des zusätzlichen Einfachantriebs 16 kann auch mit Hilfe einer zusätzlichen Kupplung 40 erfolgen, welche gestrichelt angedeutet ist und welche die Kolbenstange 26 dieses Arbeitszylinders 22 an die Querstange 30 ankuppelt. In einem derartigen Fall kann auf das 2/2 Wegeventil 41 im zusätzlichen Einfach— antrieb l6 verzichtet werden.

Beim erfindungsgemäßen Stellantrieb wird die Auslenkung des Steuerknüppels 10 mit dem Quadruplexpotentiometer 11 erfaßt. Drei der hiermit erzeugten Meßsignale werden dem Flugregelsystem zugeführt, das den aus den Einfachantrieben 14» 15 bestehenden Duplex—Antrieb ansteuert. Die Überwachung dieses Duplex—Antriebes erfolgt mit Hilfe elektrisch nachgebildeter Analoga und Vergleich der Ausgänge der Analoga und Antriebe in zugeordneten Komparatoren. Dieser Teil des Antriebsystems bildet eine im elektrischen Teil triplizierte und im elektrohydraulischen Teil duplizierte Primärsteuerung. Das vierte Signal des Quadruplexpotentiometers 11 steuert dagegen den nicht überwachten zusätzlichen Einfachantrieb l6 an. Dieser so hergestellte direkte elektrische Durchgriff vom Steuerknüppel bis zur Steuerstange 29 bildet die beim Ausfall des Duplexsystems einsetzende Notsteuerung, Im fehlerfreien Fall bewegt der an dem Waagebalken angreifende Duplex-Antrieb die Steuerstange 29 und zieht hierbei den auf Bypass geschalteten angekupptelten Einfachantrieb 16 mit. Nach Ausfall eines ersten Einfachantriebes im Duplexsystem, z.B. des Einfachantriebes 14» wird dieser durch das 5/2 Wegeventil 25

-6-

409841/0U1

■- 6 -,.

auf Bypass geschaltet und der bisher frei bewegliche Waagebalken 27 durch"eine ebenfalls vom Ventil 25 betätigte Kupplung starr eingestellt f so daß der intakte Einfachantrieb 15 den ausgefallenen Ein— fachantrieb 14 niitbewegen kann. Nach dem Auftreten eines zweiten Fehlers wird auch der zweite Einfachantrieb 15 des Duplex-Antriebes auf Bypa geschaltet und der Bypass am zusätzlichen Einfachantrieb 16 unterbrochen. Weiterhin wird der Duplex-Antrieb durch die Kupplung 28 abgekuppelt, so daß der Einfachantrieb 16 die Steuerung allein über— nimmt.

Die hydraulische Energieversorgung des Stellantriebs erfolgt so, daß ein Einfachantrieb des Duplex-Antriebes vom Hydrauliksystem I und der andere vom Hydrauliksystem II versorgt wird« Der zusätzliche Einfachantrieb 16 wird an das Hydrauliksystem I angeschlossen _t da nach dem Ausfall beider Hydrauliksysteme die Funktion des Hydrau— liksystems I von der Notversorgung übernommen wird. Auf diese Weise wird die Funktionsfähigkeit des zusätzlichen Einfachantriebes l6 auch beim Ausfall der normalen Hydrauliksysteme aufrecht erhalten.

- Patentansprüche

409841/0U1

Claims

Patentansprüche

Anordnung zur Überwachung und Steuerung eines aus mehreren Einfachantrieben bestehenden redundanten hydraulischen Stellantriebes mit mindestens zwei durch Servoventile elektrisch gesteuerten und durch je ein Analogon überwachten Arbeitszylinder^ deren Kolben auf eine gemeinsame Last wirken, dadurch gekennzeichnet , daß den überwachten Einfachantrieben (l4> 15) ein weiterer, in Wartestellung stehender Einfachantrieb (l6) zugeordnet ist, der durch eine in Abhängigkeit der Analoga (17, 18) beeinflußte Steuerschaltung (35) nach Ausfall der überwachten Einfachantrie— be (14, 15) einschaltbar ist.

. ) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (35) so viel Komparatoren (36, 37) wie überwachte Einfachantriebe (H, 15) aufweist und daß die Ausgangssignale dieser Komparatoren (36, 37)» die durch Signale der Analoga (17, 18) bzw. von an den überwachten Einfachantrieben (l4, 15) angeordneten Meßgebern (23) beeinflußbar sind, einerseits einem Und-Gatter (38) zur Einschaltung des. in Wartestellung stehenden Einfachantriebes (16) und andererseits Steuerorganen (25) der überwachten Einfach— antriebe (14, 15) zu deren Abschaltung zugeleitet sind.

3·) Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuersignal zur Einschaltung des in Wartestellung stehenden Einfachantriebes (l6) einem 2/2 Wegeventil (41) zugeführt ist, das bei dep Einschaltung dieses Einfachantriebes einen Bypass im Arbeitszylinder (22) unterbricht.

-8-

409841/0141

4·) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Steuersignal zur Einschaltung des in Wartestellung stehenden Einfachantriebes einer schaltbaren Kupplung (40) zugeführt ist, welche die Kolbenstange (26) dieses Einfachantriebes (l6) an die Last an- - kuppelt.

5.) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgung des zusätzlichen Einfachantriebes (l6) mit hydraulischer Flüssigkeit durch das Hydrauliksystem erfolgt, das bei Störungen mit dem hydraulischen Nots3''stem verbunden ist.

40984 1 /0141