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Flugsicherheitsregelung und Fluglagesteuerung, insbesondere auch für
V/STOL-Flugzeuge.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Flugsicherheitsregelung und Flugiagesteuerung,
insbesondere auch für V/STOL-Flugzeuge.
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Es ist bekannt, daß das Leitwerk eines Flugzeuges in ungünstige Strömungsbereiche
geraten kann, die zu kritischen Flugzuständen führen. Von besonderem Einfluß sind
dabei Triebwerks strahlen und Flügelabwinde, die den Höhenruderbereich beeinflussen.
Das höhenruder kann in angefachte Schwingungen geraten bzw. in abgerissenen und
stark verwirbelten Strömungen seine Wirksamkeit voll oder teilweise einbüßen. Die
Linwirkungen auf das Höhenleitwerk bzw. die Reaktionen des Höhenruders hängen von
zahlreichen, den jeweiligen Flugzeuykonzeptionen und Konfigurationen eigenen Einflußgrößen
ab.
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Der Triebwerkseinfluß ist weitgehend abhängig von der Anordnung des
Triebwerks am Flugzeug, z.B..an Pylons aber oder unter der Tragfläcne, am Rumpf
üDer- oder unterhalb der Tragfläche, im Flügel oder im Rumpf, u.a. Die verbessernde
Strahlwirkung soll durch eine kleine RicIitungsänderung des Triebwerkstrahles entweder
durch Sciiwenkung des Triebwerkes bzw. seiner Düse geschehen, woDei kontinuierlich
oder in fixierbaren Intervallen je nach Zuverlässigkeit zu verfahren ist. Insbesondere
sind bei Flugzeugauslegungen extrenter leistungen Fall Langsamflugbereich und entlang
eines oberen Teils einer Höhen-Nach-Kurve sowohl die L5ngssteuerbarkeit,
Richtungssteuerbarkeit
als auch die dynamische Längs-und Richtungsstabilität kritisch. Im Bereich der maximalen
Machzahl sind die dynamische Seitenstabilität, die statische Richtungsstabilität
und teilweise die Rollsteuerbarkeit so gering, daß dadurch gefährliche Flugzustände
entstehen können. In niedrigen Hohen ist vielfach der Trimmwinkelverlauf bei Geschwindigkeitsänderung
instabil. Im Transsonikbereich ist meist eine Neutralpunktwanderung ursächlich für
eine geringe Längsstabilität bei gleichzeitig hoher Steuerempfindlichkeit. Bei Geschwindigkeitsänderung
ist fast immer der Verlauf des Trimmwinkels instabil.
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Ein hocnliegendes Höhenleitwerk ist trotz seiner Vorteile im Langsamflugbereich
unvorteilhaft. Die Höhenleitwerksauslegung erfolgt nach den Forderungen im Langsamflugbereich.
Für den Schnellflugbereich ist sie dann überdimensioniert.
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1 1 Hohe Werte des Verlältnisses der Trägheitsmomente IY und führen
leicht zu einer starken Kopplung von Gier- ud Rolldewegungen, die vom Piloten wegen
seiner dann begrenzten Reaktionsfähigkeiten schwer ausgesteuert werden können.
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Sehr schnelle Flugzeuge erfordern wegen Kleinhaltung des Widerstandes
eine geringe Spannweite und damit im Rumpf eine hohe Konzentration von Flugzeugmasse
und Brennstoff. Zwangsläufig wird der Rumpf länger und auch Iy und 1 größer.
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z Beim dynamischen Flugverhalten infolge Höhenruderausschlag beurteilt
der Flugzeugführer die Güte des uebergangs nach den Gesichtspunkten; schnelles Ansprechen
und gute Dämpfung und Kleinhalten des tlberschwingens. Letzteres kann im Einblick
auf Lasten bei grosser Amplitude sehr gefährlich werden. Bereiche kleiner Frequenzen
werden ungünstig beurteilt. Träges Ansprechverhalten führt leicht zu starkem Ubersteuern.
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Die Seitenstabilität wird durch den langen Rumpf, der destabilisierend
wirkt, erschwert. Die Seitenleitwerksdimensionierung erfolgt nach dem Langsamflug
bei hohem Anstellwinkel, ggf. bei einseitigem Triebwerksausfall und dem Flug bei
hohen Machzahlen.
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Im letzten Fall können schon kleie Schiebewinkel zum Bruch der Zelle
führen. Auf jeden Fall erden ganz beachtliche Rollmomente erzeugt, die in eine Taumel-
oder Spiralbewegung ausarten können.
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Weiter sei an Trudeln erinnert, einem Gleichgewichtszustand zwischen
Massen- und Luftkräften im abgerissenen Strömungszustand, bei dem Ruderkräfte kaum
wirksam sind.
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Durcn Ausblasung von Druckluft am Flügelende nach unten und oben oder
am Heck in positiver oder negativer z- und y-Richtung sollen die aufgezählten kritischen
Flugzustände, die keinen Anspruch auf Vollständigkeit erheben, gemindert bzw. beseitigt
werden. Zeitpunkt, Dauer, Stärke, Ort der Ausblasung kontrolliert ein Sichert heitsregelsystem.
Die Aufblasung kann an einer oder an mehreren Stellen unterschiedlicher Dauer und
Stärke geschehen, auch gekoppelt mit einer Richtungsänderung des Triebwerkstrahles.
Andererseits ist es möglich, die nppelstellung für Ausblasung entsprechend dem Ausschlag
heranzuziehen, so daß erwünschte Flugbewegungen beschleunigt werden.
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Durch Triebwerks schwenkung entsteht eine Schubkomponente in Auftriebsrichtung,
die einer Steigleistung oder dem Kurvenflug förderlich ist. Insbesondere bei hohem
Anstellwinkel ist vom Strahl her eine stabilisierende Wirkung auf die Profilumströmung
zu erwarten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Flugsicherheit zu erhöhen und die
Flugeigenschaften zu verbessern. Der Einfluss des Triehwerkstrahles soll beseitigt
oder gemindert bzw. vorteilhaft ausgenutzt werden. Gemäß der Erfindung -ist diese
Aufgabe dadurch gelöst, daß am Hecktriebwerk eine Strahlumlenkklappe angebracht
ist, die die Nicklage während der Transition vorprogrammiert regelt und deren Stellung
vom Steuerknuppel korrigierbar ist, so daß bei Abweichungen von der gewünschten
Nicklage eine Laoekorrektur erfolgt, daß ferner an der Flugzeug-Peripherie an sich
bekannte, auch in ihrer Stärke regelbare Steuerdüsen angeordnet sind, die durch
ein Sicherheitsregelungssystem ein- bzw. ausgeschaltet werden und dadurch das Flugzeug
in eine unkritische Lage bringen;
bzw. die Flugeigenschaften verbessern.
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Nach einem weiteren Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß z.B. für die Transition die programmierte Steuerung der Strahlumlenkklappe von
einer ilandsteuerung, die sowohl auf die Strahlumlenkklappe als auch auf das Höhenruder
wirkt, überlagert wird.
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Um einen kontinuierlichen Übergang und eine Erhöhung der Wirksamkeit
der Steuerung zu erreichen, sieht die Erfindung weiter vor; daß das Sicherheitsregelungssystem
mit dem Rudersystem gekoppelt i3t.
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Die allgemeine Verwendbarkeit der erfintlungsgemaßen Flugsicherneitsregelung
und Fluglagensteuerung wird dadurch erweitert, daß die Ausblasungen der Steuerdüsen
bzw. die Strahlumlenkung auch während des konventionellen Fluges auf alle Bewegungsrichtungen
des SteuerknAppels schaltbar sind.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, die Flugsicherheit zu
erhöheii, wird für ein Flugzeug mit f?;cnwenktriebwerken gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schwenkung des Triebwerkes bzw. der Triebwerksdüsen
durch das Aus-bzw. einfahren der Landeklappe und/oder bei einem kritischen Ansteliwinkelbereich
ausgelöst wird. hierbei ist es zweckmäßig, die Triebwerks- bzw. Düsenschwenkung
mit der Nickverstellung des Steuerknüppels zu koppeln.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Flugzeug in Seitenansicht; Fig. 2 das gleicne Flugzeug in Vorderansicht;
Fig. 3 eine Kurve in Gradeinheiten der Stellungen des Triebwerks und der Heckklappe
für die Transition.
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In Fig. 1 und 2 stellt 1 ein Flugzeug dar, an dessen Peripherie Steuerdüsen
2 - 13 angeordnet sind. Uie Düsen 2 bis 5 sind am Bug in Winkelabständen von 900
angeordnet, die ;üsen 10 bis 13 am Heck.
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Als Beispiel ist ein V/STOL-Flugzeug dargestellt. Es besitzt arei
Triebwerke 14, 15, 16. Die Triebwerke 14 und 15 sind um eine durch den Rumpf gehende
Achse um einen Winkel # schwenkbar.
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bs ist aber aucn möglich, daß nur die Düsen schwenkbar sind. Das.
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Triebwerk 16 ist am Neck des Flugzeuges angeordnet und versorgt einen
Druckluftbeäälter für die Ausblasung der Steuerdusen.
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Am iieck des Flugzeugs befindet sich eine Strahlumlenkklappe 17, die
um die Achse 18 um den Winkel # schwenkbar ist. Durch sie kann ihre Stellung korrigiert
weraen, so daß bei Abweichungen von der erwünschten Nicklage eine Lagerkorrektur
erfolgen kann.
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Jedoch kann statt der Steuerung durch den Steuerknüppel auch ein einprogrammiertes
Sicherheitsregelungssystem die Steuerung übernehmen.
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Die in Fig. 3 dargestellte Kurve zeigt die Stellung des Schwenkwinkels
# des Triebwerks und des Schwenkwinkels # der Strahlumlenkklappe am Necktriebwerk
in Abhängigkeit vom Staudruck während einer Transition. Der Kurve # ist eine Feinsteuerungskurve
Uberlagert, die durch Betätigung des Steuerknüppels entsteht. Patentansprüche