DE2427880A1

DE2427880A1 - Flugsteuersystem fuer luftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2427880A1
Application number: DE19742427880
Authority: DE
Inventors: Bernard Terence Devlin
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1973-06-11
Filing date: 1974-06-10
Publication date: 1975-01-02
Also published as: FR2232791A1; JPS5545439B2; SE7404855L; GB1459024A; JPS5016300A; US3807666A; FR2232791B1

Description

Fixigst euer sys tem für Luftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flugsteuersystem für Luftfahrzeuge und insbesondere« jedoch nicht ausschließlich auf Flugsteuersysteme, die redundante Kanäle zur Steuerung eines Luftfahrzeuges um die Längs- oder Querachsen aufweisen.

Handradsteuereinrichtungen, die als Teil eines automatischen Luftfahrzeug-Flugateuersystems verwendet werden« ergeben für den Piloten den Vorteil einer Steuerung mit einem Steuergefühl« was gegenüber der Verwendung von am Instrumentenbrett befestigten Knöpfen zur Eingabe von Längsneigungs- und Quemeigungs-Lagenmanöverbefehlen vorzuziehen ist. Bis vor einigen Jahren wurden jedoch derartige Einrichtungen allgemein nur bei hubsohrauberartigen Luftfahrzeugen oder bei hochmanovrierfähigen militärischen Luftfahrzeugen verwendet. In der letzten Zeit wurden Handradsteuereinrichtungen auch immer mehr bei großen kommerziellen Transportluftfahrzeugen und höher entwickelten militärischen Transport- und Aufklärungsluftfahrzeugen verwendet. Die Autopilot-Systeme bei derartigen Luftfahrzeugen schließen typischerweise Einrichtungen zur Lieferung von Steuerfläohenpositions-« Lagen- und Lagenänderungsgesohwlndigkeitsrüokfulirungssignalen ein« so dad die Lage des Luftfahrzeuges bei allen Betriebsarten

409881/0996 */·

unter Einschluß von automatischen Flugwegbetriebsarten und der Handradsteuerungsbetriebsweise (CWS-Betriebsweise) in Längsneigungs- und Querneigungsrichtung stabilisiert ist. Plugweg-Steuer= signale können beispielsweise von Trägheitsbezugseinrichtungen« von Flugdatenbezugsquellen und/oder VOR-Einrichtungen während des normalen Reisefluges oder von XLS-Funkleitstrahlelnrichtungen während des automatischen Anfluges und der Landung geliefert werden» Die Handradsteuereinrichtung kann zu jeder Zeit verwendet werden» zu der der Pilot die automatischen Flugwegs teuer einrichtungen übersteuern und eine direkte Steuerung des Luftfahrzeuges übernehmen will. In der folgenden Beschreibung soll der Ausdruck * Au topilot°»Be triebsweise" nicht nur Flugweg-Steuerbetriebsarten sondern auch einfache Lagenhaitebetriebsweisen _s wie z,B» die Aufrechterhaltung der Querneigungs°Längsneigungs= und Steuerkurslage einschließen ο

Zn den letzten Jahren wurden drei Arten von Handradeteuerungen stärker verwendete Bei einer Art dieser Systeme wird die direkte Handrad- oder Steuerknüppel-Steuerung des primären Flugsteuer» systems verwendet und der Autopilot schaltet während des Manövers lediglich in den Synchronisations-Abschältzustand um und die Syn= ohronlsatlonseinschaltung erfolgt wieder« sobald das Handsteuerrad oder der Steuerknüppel kraftzentriert wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich nicht auf diese Art von Systemen.

Bei einer zweiten Art dieser Systeme führen mit dem Handsteuerrad oder dem Steuerknüppel gekoppelte Kraftmeßfühler ein kraftproportionales Signal direkt dem Autopilot-Servosystem zu. Wenn sich der Autopilot in einer Stabilitäts-Erhöhungs-Betriebswelse befindet {nur Lagenänderungsgesohwindigkeltsrückführung) so werden die Änderungsgeschwindigkeiten der Luftfahrzeuglage entsprechend der Kraft an dem Steuerknüppel oder Handsteuerrad gesteuert»Wenn eine Betriebsweise mit äußerer Schleife eingeschaltet ist (beispielsweise eine Lagenhai tebe triebsweise) so wird eine zur Kraft

409881/0996

proportionale Versohiebungs-Bezugsänderung injder äußeren Sohlelfe für niedrige Kraftwerte befohlen ₀ Für Kräfte oberhalb des Arretierungs- oder Rastpegels wird der Lagenbezug synchronisiert und eine zur Kraft proportionale Lagenänderungsgeschwindigkeit wird befohlene Die diesem System eigenen übergänge _B die durch die Lagensynchronisation hervorgerufen werden« stellen einen wesent=· liehen Nachteil dieses Systems dar₀ Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf diese Art von Systemen lediglich dann» wenn ein Totbereich bewUnscht oder annehmbar istο Dies trifft zu* weil die Meß fühler eingänge ohne Totbereioh zu allsn Zeiten unter Einschluß der Vorelnschalt°Synchronisatlon aktiv sind χ, so daß Meßfühler-Nullwerte effektiv synchronisiert werden _o Well die Meßfühler» ausginge dann für irgendeinen Eingang selbst mit niedrigem Wert aktiv sind _s ist keine Vorsynohronisatlon von einen niedrigen Wert aufweisenden nichtlinearen Gradienten möglichο

Die dritte Art von Systemen wurde ausdrücklich für ein Sys ten? entwickelt* das keine nur die Stabilität erhöhende oder die Aq= derungsgeschwindigkeiten dämpfende Betriebsarten aufweist^ d„ho die grundlegende Betriebsart des Autopiloten besteht beim anfänglichen Einschalten in der Lagen- oder Flugweg-Winkelhaltebetrlebsweise. Alle heutigen kommerziellen Transportluftfahrzeuge weisen diese Art von System auf ebenso wie bestimmte hochentwickelte militärische Luftfahrzeuge _B insbesondere wenn sie von kommer» ziellen Luftfahrzeugen abgeleitet sindo Bei dieser Art eines Systems wird ein kraftproportionales Signal über einen Totbe= reich einem Integrator in dem Autopilot zugeführt« um den Lagenbezug mit einer Rate einzustellen« die proportional zu den Kraftoder Eingangspegeln oberhalb des Totbereiches ist. Diese Technik beseitigt die Lagensynohronisations-Ubergänge, die für das System von der zweiten Art beschrieben wurden_o Es ist in der Technik gut bekannt₅ in derartige Systeme einen direkten Zuftthrungsweg_s einen sog. V©rstärkerweg_s parallel zum Integrator einzufttgen_s um die Verzögerung des Anspreohens des Luftfahrzeuges gegenüber

40988 1/0 996

dem Eingangebefehl weltgehend zu verringern» Hierdurch wird verhindert, daß sich das Luftfahrzeug weiterdreht» nachdem die Kraft bei einer gewünschten Lage beseitigt wurde. Ein System dieser grundlegenden Art 1st in der deutschen Offenlegungsschrift 15 56 der gleiohen Anmelderin beschriebene Die vorliegende Erfindung bezieht si oh direkt auf diese Art von Systemen» wenn sie in Doppeloder i^ehrkanalanordnung verwendet wird,

Der Trend In den letzten Jahren ging unabhängig von den Betriebseigenschaften des verwendeten Autopiloten in Richtung auf die Verwendung von redundanten Steuerkanälen zur Erzielung einer vergrößerten Sicherheit und Zuverlässigkeit* Dies trifft insbe» sondere für Allwettersysteme für große kommerzielle Transportluft·=» fahrzeuge und für militärische Luftfahrzeuge zu, die über längere Zeit Flugaufträge in niedrigen Höhen durchführen s ollen 0 Bei= spielsweise werden im Fall der Quernelgungssteuerung zwei oder mehr identische Kanäle parallel betrieben«um Steuereignale an die Steuerflächen^Betätigungselnrichtungen zu liefern^ um die Lage des Luftfahrzeuges um die Längsachse zu ändern und dies trifft genauso für die Längsneigungssteuerung um die Querachse des Luftfahrzeuges zu« Es ist im Fall dieser redundanten Steuersysteme wesentlich* daß die jeweiligen Kanäle einander nachfolgen, um eine Äquivalenz der den Steuerflächenbetätigungseinrichtungen zugeführten Signalen sicherzustellen und die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf diese Maßnahmen₃ Wie es für den Fachmann bekannt ist, liefern die mit dem Handsteuerrad oder Steuerknüppel gekoppelten Meßfühler bei niedrigen ausgeübten Kräften in den meisten Fällen ungleiche Ausgangs signale auf Grund der von der Eigenart her unterschiedlichen Null^Ausgangspegel« der unsymmetrischen Kopplung mit dem Steuerrad oder Steuerknüppel und der unterschiedlichen Spannungs-/Kraffcgradienteno Bei höheren Werten der Krafteingänge können die SpannungsVKraftgradienten in geeigneter Welse aneinander angepaßt werden₀ In jedem Fall ist es erforderlich,, auf irgendeine Weis« das Auftreten von un-

o/.

409881 /0996

tersohledllchen Signalpegeln In redundanten Steuerkanälen zu korrigieren oder zu beseitigen,um eine riohtigen Betätigung dar Steuerflächen des Luftfahrzeuges sicherzustellen«)

Eine Nullkompensation kann mit Hilfe von Jeweiligen Meßfühler= Vorspannsignalen erzielt werden« die mit Jedem Kraft~MeßfÜhler° Ausgangssignal algebraisch kombiniert werden« wie dies in der obengenannten deutschen Offenlegungssohrift 1 556 410 der gl©l~ ohen Anmelderin beschrieben istο Diese Lösung wird Jedoch als unvorteilhaft betrachtete weil sie die erforderliche Kompensation nur für eine spezielle Kombination der Kraftmeß fühler- und Steuer-= kanalausrüstungen ergibt und daher periodische an Bord durohzufüh=· rende Einstellungen erforderte Weiterhin kann dieses Verfahren keine nicHLinearen Gradienten« Steuerglieder-Nichtlinearitäten oder Unsymmetrien in den Rast= und Totbereiohs°Elektroniken korn= pensleren ₀ Eine Entzerrung und ein Ausgleich oder eine Symmetrierung zwischen den Kanälen 1st annehmbar_g um kleinere Langzeitunter» schiede zu kompensieren» sie muß Jedoch begrenzt werden_fl um eine Kreuzkopplung von Fehlern ohne Jede Feststellung zu verhindern«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde _s eine verbesserte Handrad= Steuerungs-Steuereinrichtung zur Verwendung mit Autopilotsystemen mit redundanten Steuerkanälen zu schaffen^, bei denen die oben beschriebenen Nachteile und Beschränkungen bekannter Systeme be·= seItigt sind υ

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Luftfahrzeug°Flugsteuersystem umfaßt erste und zweite redundante Steuerkanäle, wobei das System selektiv in einer Autopilot-Betriebsweise oder einer Handrad·= Steuerbetriebsweise (CWS=Betriebsweise) betrieben werden kann« um ein Luftfahrzeug um eine seiner Aohsen zu steuern, wobei die Steuerbefehle des Piloten von mit dem Handsteuerrad oder dem Steuerknüppel gekoppelten Kraftmeßfühlern geliefert werden und

409881/0996

jeder Meßfühler einem jeweiligen Steuerkanal zugeordnet ist und wobei jeder Steuerkanal mit den zugehörigen Handrad-Kraft meßfUhlern gekoppelte 3yn(jhronisiereinriohtungen,die in der Autopilot-Betriebsweise die Meßfühler»Ausgangssignale so lange aufheben« bis die Ausgangssignale beider Meßfühler einen vorgegebenen Sohwellwertpegel erreichen« Rast-Detektoreinrichtungen zur Pest= stellung eines vorgegebenen Schwellwertpegels das Ausgangssignals des zugehörigen Handrad-Meßfühlers zur Lieferung eines den festgestellten Schwellwert anzeigenden Signals und Gattereinrichtuagen umfaßt, die auf das gleichzeitige Vorhandensein von festgestellten den Schwellwert anzeigenden Signalen in beiden Kanälen ansprechen? um ein Betrlebsarten-Schaltsignal zu liefern, um beide Kanäle von der Autopilot~Betriebsweise in die Handrad°Steuerungsbetri.sbs= weise umzuschalten und um die Synchronisiereinrichtungen abzuschalten die danach auf dem Pegel des Handrad-Meßftihlersignals festgehal= ten werden« der ihnen zum Zeitpunkt des Abschaltens der Synchroni= slereinrichtungen zugeführt wurde ₉ so daß weitere Vergrößerungen jedes Handrad-Meßfühlerausgangssignals durch den zugehörigen Flugsteuersystem-Kanal weitergeleitet werden, um die Luftfahrzeug-Steuerflächenbetatigungseinrichtungan entsprechend dieses Signals zu steuern.

Gemäß einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung weist jeder Handrad s teue rungs-Steuerkanal Einrichtungen zur Beseitigung erlnes Eingangsbefehlssignals so .lange auf, bis beide Befehlssignale einen vorgegebenen Rastpegel erreichen,, worauf die aufhebenden Signale geklemmt und festgehalten werden un3 weitere Vergrößerungen der Befehlssignale dann über die jeweiligen Autopilot°Steuerkanäle und den Autopilot°Integrator den Luftfahrzeug=Steuerflächenbetätigungseinrichtungen zugeführt werden bis die Kraft unter den Rastpegel verringert wird oder bis das Lagenbefehlssignal in einem der Kanäle einen Pegel erreicht., der einer vorgegebenen Manöverbegrenzung entspricht„ Bei der Manöverbegrenzung werden die Handrad-Eingangsbefehlssignale von dem Integrator abgekoppelt und die Handrad°Steuerkanäle werden synchronisier^um die Befehlssignale aufzuheben.

409881/0996

Im einzelnen weist jeder Handradsteuerungs-Steuerkanal einen Rastdetektor5 der zum Empfang eines Signale von einem jeweiligen mit dem Handrad gekoppelten Kraftmeßfühler angeschaltet ist« einen Synchronisierer und einen Manöver°Begrenzungsdetektor auf _β Die Rastdetektoren sprechen jeweils auf einen identischen vorgegebenen Signalpegel an ο Bei Kraftmeßftthler°Ausgangssignalen unter den Rast-Schwellwerten sind die Synchronisierer beider Steuerkanäle eingeschaltet« um Rückführungssignale zu erzeugen« die das den zugehörigen Steuerkanal züge führte KraftmeßfUhler»Ausgangssignal aufheben und die Synchronisierer-Ausgänge sind von dem Autopilot-Integrator abgeschaltetο Jeder Synchronisierer liefert so lange ein Rückführungssignal;, das das zugeführte Kraftmeßfühler-Ausgangssignal aufhebt« bis beide Kraftmeßftthler-Ausgangssignale ihre Rastschwellwerte überschreiten;, wobei zu diesem Zeitpunkt die Synchronisierer abgeschaltet werden und die Synchronisierer= Ausgänge mit dem Autopilot-Integrator verbunden werden. Weil jeder Synchronisierer so lange arbeitet_s bis beide Kre.ftmeßfühler= Ausgangssign&le dan Rastschwellwert erreichen« ist sichergestellt^ daß beide Steuerkanäle ein Ausgangssignal an die Integratoren liefern« das bei oder nahe bei Null zu dem Zeitpunkt beginnt, zu dem beide Rastdetektoren betätigt wurden und danach einander Im wesentlichen nachfolgen „

Im Fall von Manöver-=Begrenzungsdetektoren werden logische ODER= Schaltungen Verwendet^ um die Synchronisierer-Ausgänge von dem Integrator abzukoppeln und die Synchronislerer wieder einzuschal= ten, um ein RUckfUhrungssignal zu erzeugen« das das zugehörige Kraftmeßfühler-Eingangssignal aufhebt, wenn der Lagensignalbe= fehl eines Steuerkanals einen vorgegebenen Manövergrenzwert

Luftfahrzeug erreicht. Ale Folge dieses Vorganges nimmt dasybei auf das Hend= steuerrad ausgeübten Querneigungs-Befehlseingang einen Querneigungswinkel an, der der Querneigungs-Lagenmanöverbegrenzung entspricht und bleibt in dieser Lage, selbst wenn der Pilot weiterhin eine Querneigungs°Befehlskraft auf das Handsteuerrad oder den Steuerknüppel ausübt» Dies heißt mit anderen Worten» daß das Luftfahrzeug nach Erreichen der Manöverbegrenzung einen

409881/09 9 6.

festen Querneigungswinkel beibehält« so lange der Pilot weiterhin eine Eingangskraft ausübt, die ein Befehlssignal für eine Querneigungslage in der gleichen Richtung ist« und das Luftfahr·= zeug bleibt selbst nach Rückführung des Handsteuerrades in die neutrale Stellung in dieser Lage.

Weiterhin bleibt; wenn das Handsteuerrad in die neutrale Stellung zurückkehrt und die Ausgangssignale beider Kraftmeflfühler auf einen Wert unterhalb des Rastpegels zurückkehren^ das Eingang»·* befehlssignals des Piloten von dem Integrator abgekoppelt und die Synchronisierer arbeiten weiterhin derart* daß der Synchroni= sierer=Ausgang auf Null gehalten wird« line Änderung der Querneigungslage zurück auf eine Querneigung von Null oder eine Quer» neigungsbewegung in der entgegengesetzten Richtung wird nur dadurch erzielt« daß der Pilot das Handsteuerrad oder den Steuerknüppel in die entgegengesetzte Richtung bewegt» worauf der Vorgang in der vorstehend für die erste befohlene Querneigungsrloh-•beschriebenen Welse.
tungYTortgesetzt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläuterte

In der Zeichnung zeigen:

Fig, 1 ein Blockschaltbild der AusfUhrungsform des Flug= Steuersystems;

Figo 2 und 3 Jeweilige Spannungs=/ftraft~ bzw, Lagen=/Zelt-=Dia= gramme.: die zur Erläuterung der Betriebswelse des Flugsteuersystems nach Fig. 1 zweckmäßig sind.

409881 /0998

Das In FIg₀ 1 dargestel&e Steuersystem weist gleiche Kanäle A und B auf _B die in einem Autopilot= oder Selbststeuersystem für Luftfahrzeuge zur Steuerung der Quernelgungslage eines Luftfahr= zeuges. eingefügt sind«, Das erläuterte AusfUhrungsbeispiel sowie die Grundgedanken der Erfindung sind jedoch selbstverständlich außerdem auf die Steuerung der Längsneigungslage eines Luftfahrzeuges anwendbare Weil die Kanäle A und B identisch sind, erfolgt die Beschreibung und die Erläuterung der Betriebsweise des Systems prinzipiell anhand des Kanals A und auf den Kanal B wird lediglich dann bezug genommen_s wenn dies zur Verdeutlichung der Beschreibung und zum Aufzeigen der zusammenwirkenden Beziehung zwischen den Kanälen erforderlich ist. Entsprechende Elemente In den beiden Kanälen A und B sind mit den gleichen Bezugsziffern jedoch mit; den nachgestellten Buchstaben a bzw₀ b bezeichnet»

Das Piloten~Handsteuerrad 10 weist zwei Eingangs=Kraftmeßfühler 11a und 11b auf ₉ die mit diesem gekoppelt sind* um Befehlssignale an die Eingänge der Kanäle A bzw₀ B zu liefern_β Die Kraft» meßfühler können beispielsweise Dehnungsmeßfühler sein, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 2 205 77% beschrieben sind« oder sie können von der E=Abnehmerart sein* wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 1 556 410 beschrieben sind; um ein Wechselspannungssignal zu liefern» dessen Amplitude proportional zu der auf des Handsteuerrad ausgeübten Kraft ist und dessen Phase von der Richtung der Kraft abhängte Wenn das Autopilot»System in einer automatischen Plugleitbetriebsweise betrieben wird, wobei sich das Handsteuerrad in einer neutralen Stellung befindet» werden Plugweg-Steuersignale über Schalter SIa und SIb in jeweilige Summierverbindungen eingeführt, die mit den Eingängen der Autopilot°Integratoren 12a und 12b in den Kanälen A bzw_o B ge= koppelt sindο Begrenzte Entzerrungssignale werden außerdem beiden Kanälen zusammen mit den Flugweg-Steuersignalen zugeführt,, um Langzeitdifferenzen in den an den Eingängen der Servoverstärker 13a und l}b der jeweiligen Kanäle gelieferten Be fehlen zu kompensieren _e Eine ausführlichere Beschreibung der Art und Funktion

409881/0996 ^J/°

der Entzerrungssignale findet sich in der deutschen Offenlegungsschrift 1 498 028 der gleichen Anmelderin „

Die üblichen Lagen» und Lagenänderungsgesehwindigkeits^Rückführungssignale werden ebenfalls beiden Kanälen in der dargestellten

Weise zusammen mit Steuerflächen- und Steuerfläehenbetätigungs-

zugeführt elnriohtungs°Positionsrttokitlhrungssignal^!y~wle dies in der weiter oben genannten deutschen Offenlegungssehrift 1 556 4IO beschrieben 1st. Bei Fehlen von Hand steuerrad-S teuer= oder Plugweg -=>S teuer -eingangssignalenist daher das Luftfahrzeug bei einer Querneigungs= lage von 0 stabilisiert* wobei eine Kurzzeitstabilitätaerhöhurig in üblicher Weise durch die Lagenänderungsgesehwindigkaitssignale erzielt wlrd„ Die Betätigungseinrlohtungs~Fehlerausgangsslgnale werden einer Autopilot°Betätigungselnrichtung zugeführt und die Servoschleife wird durch Rückführung der Stellung der Betätigungseinrichtung geschlossene Bei dieser Anordnung ist angenommen* daß eine mechanische Bewertung und Auswahl hinter den Autopilot=*; = tätigungseinriohtungen und nicht eine elektronische Bewertung und Auswahl vor einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung vorgenommen wird_s wie diese bei einigen bekannten Systemen verwendet wird· Im Fall der Querneigungssteuerung werden die Steuerflächen= Befehlssignale mit einer Polarität einer Betätigungseinrichtung oder Betätigungseinriohtungen zugeführt* die einer Tragfläche des Luftfahrzeuges zugeordnet sind; während sie mit entgegengesetzter Polarität einer Betätigungseinrichtung oder Betätigun&selnrichtungen zugeführt werden» die der anderen Tragfläche de?; Luftfahrzeuges zugeordnet sind und für Längsneigungs-SteuerflKehen= Befehlssignale wird die gleiche Polarität der jeweiligen Betätigungseinrichtung zugeführtο

Wenn der Pilot manuell die Querneigungslage des Luftfahrzeuges steuern oder ändern will» so erreicht er dies durch Ausüben einer Drehkraft an das Handsteuerrad in der Richtung der gewünschten Querneigung. Kraftmeßfühler 11a und 11b weisen einen Spannungs-/

..A 409881/0996

Kraftgradienten auf, wie er in Figo 2 gezeigt let. Wie es welter oben erläutert wurde» sind diese Gradienten unter einem gewiesen Wert der Kraft mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht linear und ungleich, während die Gradienten oberhalb dieses Wertes im allgemeinen gleich sindο In Jedem Fall werden die Signalausgangspegel der jeweiligen KraftraeßfUhler selbstverständlich normalerweise ungleich sein (ohne Anwendung der vorliegenden Erfindung) und zwar als Ergebnis der anfänglichen Unsymmetrie um die neutrale Stellung des Handsteuerrades₀ Die gestrichelte LInIe₅ die durch den Ursprung der Fig» 2 verläuft _g stellt den idealen Fall dar_y bei dem beide Kraftmeßfühler einen Ausgang von O Volt bei fehlender angelegter Kraft liefern und bei dem sie gleiche Ausgangs·= spannungen für alle anderen Werte der angelegten Kraft abgeben_o Derartige Idealbedingungen werden jedoch in der Praxis auf Grund von Herstellungs- und/oder Einbautoleranzen nicht erreichte

Ein für die Beschreibung des vorstehenden AusfUhrungsbelsplels ausgewählter Fall zeigt den KraftmeßfÜhler Ha₉ der ein Ausgangssignal liefert» das sich linear ausgehend von +1 Volt bei einer Kraft von O ändert» während der KraftmeßfÜhler 11b ein Ausgangs-= signal liefert« das sich linear auegehend von «1 Volt bei einer Kraft von O ändert; wobei das nichtJLineare Ansprechen der Kraft=· meßfühler in dem Bereich um die Kraft von O nicht in den Zeichnungen dargestellt 1st. Wie es weiter oben erläutert wurde_c sind die Kraftmeflfühler-Ausgangsspannungen für eine Richtung der auf das Handsteuerrad ausgeübten Kraft positiv und für die entgegen» gesetzte Richtung negativ«

Die Aufgabe des Systems besteht darin» die Kraftmeßfühlersign&le so lange an einer Weiterleitung an den zugehörigen Integrator 12a oder 12b zu hindern» bis beide Kraftme8fUhlerslgnale einen vorgegebenen Rast-(Schwellwert°OPegel errelohen, worauf die Kraft·= signale den Integratoren zugeführt werden^ wobei die Signale in beiden Kanälen bei oder nahe bei O Volt zum Zeitpunkt der Zuftth=

409881/0998

rung an di© Integratoren beginnen₀ Ein© dtrartige Betriebsweise beseitigt den größten Teil der Fehlanpass'jng In ά&α Handrad ^Sfr slgnalen und beseitigt, außerdem die Notwendigkeit einer übermal!·, igen Entzerrung oder Symmetrierung zwischen den Kanälen, Die Synahrenisierer l6a und l6b erfüllen diese Funktion_o Unterhalb der Rastpegel befinden sich die Schalter SIa₀ SIb S2a, S2b S]5a und S;j^ In der Autopilot~Stellung (A/P), wie dies in der Zeichnung angedeutet isto Daher werden die Handradkraft-Steuersignale nicht den Integratoren 12a und 12b zugeführt _s wenn sich das Handsteuc■■?·=> rad 10 in oder nahe der neutralen Stellung befindet und jeder Synchronisieren erzeugt ein Signal über einen Integrator 17a_? 17b mit hoher Verstärkung^, das In Gegenkopplung mit dera Meß fühl tr<= signal für die ausgeübte Kraft In den Sumiaierverblndungen l3a hzv l8b. kombiniert wird» Daher werden die den jeweiligen Voreilung^ Nacheilungsnetzwerken 19a_fl 19b zugefUhrten SynohronIsiarer=Ausgänge auf 0 gehalten«

Wenn das Auegangssignal des Kraftmeß fühler s 11a den vorgegebene:! Rastpegel beispielsweise +4 Volt (siehe Figo 2) erreicht^ führt ein Rastdetektor 21a, der eine übliche Schwellwertdetektorschaltung seirikann, ein Sehwellwertanzeigesignal Über eine Sperreinrlohtuag 22a und ein ODER°Gatter 2^a den ÜND-Oattei^n 24a und 24b zu ο Zu diesem Zeitpunkt hat das Signal von dem Kraftmeßfühler lib In diesem Beispiel lediglich den Wert von 4-2 Volt erreicht und din Synchronisierer l6a und l6b arbeiten derart weitern daß dl® Synehronislererausgänge auf 0 gehalten werden₀ Wenn der Pilot die auf das Handstouerrad ausgeübte Kraft weiter vergrö£ert₉ haiton die Synshronisierer l6a υηύ l6b die cSpanntängen an den Ausgängen der Summierverbindungen l8a bzw« l8b weitor auf O₅ bis die ausgs=- übte Kraft den in FIg₀ 2 mit 5 bezeishneten Wert erreicht^ der etwa 2,27 kp In diesem Beispiel entsprloh^s wobei an diesem Punkt das Ausgangssignal des Kraftmeßfühlers lib ebenfalls den 4 Rastpegel erreicht_o

A09881 /0996

Dann liefert der Rastdetektor SIb ein den S@hwellwert anzeigendes Signal über den Dateneingangsanschluß der Sperreinrichtung 22b und das ODER-Gatter 23b an die UND-Oatter 24a und 24b« Unter diesen Bedingungen empfangen beide UNÖ°Gatter 24a und 24b Ein= gangssignale von den ODER »Gattern 22a und 23b» Jedes der UND= Gatter 24a und 24b liefert daher ein Ausgangssignal _g das das Umschalten der Schalter SIa₅ SIb₅ S2a_s B2h_a SJa und SJb in dia Haneisteuerraslstellung (CWS~Stellung) bewirkt«, worauf die Synchroni= aierer l6a_fl l6b abgeschaltet werden^ die Flugweg-Steuersignale abgetrennt weMsn und die Handsteuerrad^KraftmeßfUhlersigaale Über die Voreilungs^Naoheilungsnetzwerke den Autopilot<=Integra= toren 12a_fl 12b ddr jeweiligen Kanal? zugeführt werdea, Danach liefern die Integratörausgänge so lange wie die Handsteuerrad-Kraft oberhalb des Rastpegels in der gleichen Richtung gehalt&i wirdρ ein anwachsendes Lagenbefehlsaignal bis zu einer vorge= gebenen Manöv@rbegrenzung₀ Es ist verständliche daß bsi der Ba=> triebsart in der vorstehend beschriebenen Weise₅ bei der der Synchronisierer l6a so lange das Ausgangssignal des Kraftmeß= fUhlers 11a aufhebt^ bis das Ausgangssignal des Kraftmeßfühlers 11b den Rastpsgel erreicht* die Wirkung hat« daß die über die Sehalter 32a, S2b zugeführten Signale sowohl bei 0 beginnen uni sieh im wesentlichen in identischer Weise für weitere Vergrößerungen der von dem Piloten ausgeübten Kraft andernο

Vor einer ausführlichen Erläuterung der Betriebsweise der Manöver= Begrenzungsschaltung soll kurz die Funktion der Voreilungs~Naolv= ellungs-Netzwerke 19a und 19b betrachtet werden^, weil dies ein besseres Verständnis des Manöverbegrenzungsvorganges ermöglicht. Der

KS
leil ~Y* des Voreilungs=Nacheilungsnetzwerkes bildet einen Ver=·

stärkungsausdruck in der Weise wie der Verstärkungsausdruok um den Integrator in den weiter oben basohiebenen bekannten Systemen herum gespeist wird, dohe also parallel zu dem Integrator, um Sie Haoheilung des Ansprechens des Luftfahrzeuges gegenüber Steuerbe=

09 881/099 6

fehlen des Piloten so weit wie möglieh zu verringern« Dadurch* daß der Verstärkungsausdruck in den Steuerkanälen an einen Punkt gelegt wird« der vor den Integratoreingängen liegt₉ ergibt sich eine genauere Manöverbegrenzungsdetektorwlrkung auf Grund der Tatsache« daß das für die Manöverbegrenzungsdetektorwirkung ver~ wendete Signal das Verstärkungssignal enthält. Bei Fehlen eines Verstärkungsausdruokes in dem erläuterten eine Änderungsgeschwiji= digkeit berücksichtigenden Befehlssystem sowohl vor als auch parallel zu dem Integrator ergibt sich ein Ansprechen des Luft" fahrzeuges für ein vom Piloten eingeführtes stufenförmiges Ein gangskraftsignal wie dies in Figo 5 dargestellt ist» Durch die Verwendung des Verstärkungssignals wird die anfängliche Verzögerung oder Nacheilung des Ansprechens des Luftfahrzeuges auf den Befehlseingang im wesentlichen beseiägt und die Kurve für das Ansprechen des Luftfahrzeuges bewegt sich in eine Koinzidenz mit der Befehlscharakteristik_β

Eine genaue Koinzidenz zwischen dem Ansprechen des Luftfahrzeuges und den Befehlssignalen wird selbstverständlich nur für eine ausgewählte mittlere Fluggeschwindigkeit erzielt« wenn nicht das Verstärkungasignal zu einer Funktion der Fluggeschwindigkeit gemacht wird» In jedem Fall 1st es verständlich, daß einegenauere Manöverbegrenzung dadurch erzielt wird« daß die Manöverbegrenzungssohwellwertfeststeilung auf einem Signal basiert, das die Verstärkungsinformation enthält und speicherte Der feil 1 des Vorellungs-Nachellungsnetzwerkes 19a oder 19b ist ^1S+1 lediglich deshalb vorgesehen, um eine geringe Verzögerung oder Nacheilung in der Größenordnung von 0,3 bis 0,7 Sekunden in den Befehlseingang einzuführen, um unerwünschte vom Piloten hervorgerufene Schwingungen auszuschließen.

Im folgenden sollen nun die Manöverbegrenzungsschaltungen be» schrieben werden_o Jeder Manöverbegrenzungsdetektor 46a_£. 46b empfängt zwei Eingänge _s einen von dem zugehörigen Hands teuer re, 3=

409881/0996

Kraftmeßftthler und den anderen vom Ausgang des zugehörigen Integrators 12a oder 12b. Wie es welter oben erläutert wurde_s stellt der Integratorausgang auf Orund der Art« wie der Ver° stärkungsausdruok geliefert wird« genau die befohlene Lage da?ο Die KraftmeßfUhlerslgnale wirken als Polaritäts-Gattersignalep die den Manöver«Begrenzung8detektoren zugeführt werden₅ doho jeder Manöverbegrenzungsdetektor liefert nur dann ein Ausgangs» signale wenn die Raetdetektorschwellwerte beider Kanäle über» schritten sind und wenn die angelegten Kraf tmeßftthler·=· und Int©= gratorausgangsslgnale eine richtige Polarität aufweisen_s d_oh, mit anderen Worten« daß sie die gleiche Richtung der Fluglage darstellen und wenn der Integratorausgang einen vorgegebenen Grenzwert erreichte

Eine derartige Betriebsweise wird in einfädler Welse mit üb» liehen Logik= und Sohwellwertdetektorschaltungen erzielt» Bei= spielsweise sei angenommen« daß die Manöverbegrenzung bei J3O° einer Rechts= oder Links-Querneigungslage liegt* was +10 bzw, -10 Volt am Ausgang der Integratoren 12a und 12b entspricht <> Weiterhin sei angenommen, daß die jeweiligen positiven und negativen Integratorspannungen durch einsprechende positive und negative KraftmeßfUhlerspannungen hervorgerufen sind« Wenn dann der Ausgang der Integratoren 12a oder 12b den Pegel von 10 Volt erreichte wird ein Signal am Ausgang des zugehörigen Manöverbegrenzungsdetektors erzeugt* das dem Sperreingangs» anschluß der zugehörigen Sperreinrichtung 22a oder 22b züge=· führt wird _B um das zugehörige Kraftdetektor-Ausgangssignal von den UND-Gattern 24a und 24b fernzuhalten „ Sobald der Int©- gratorausgang eines Kanals die 10 Volt=Manöverbegrenzung unter der gleichzeitigen Bedingung einer identischen Polarität der den Manöverbegrenzungsdetektoren zugefUhrten Kraftmeßfühler= Signalen erreicht, wird einer der Eingänge an die UND=Gatter an beiden UND-Gattern 24a und 24b abgeschaltet. Als Ergebnis öffnen die Schalter SIa und SIb die Autopilot-A/P°Position_Ä um

A09881/0996

das Flugweg-Steuersignal erneut anzuschalten» die Schalter S2a und 32b öffnen sioh, um die Befehle des Piloten am Eingang der Integratoren 12a und 12b zu beseitigen und die Schalter Sj5a und SjJb öffnen si oh, um die Synchronisierer l6a und l6b wieder einzuschalten.

Es ist verständlich» daß obwohl die Betriebsweise der Synchroni-= sierer 16a und 16b unterhalb des Rastpegels sicherstellt, daß der vom Piloten eingegebene Eingang an beide Integratoren mit dea gleiohen Pegeljbeginnt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist« es trotzdem möglich ist« daß ein Integratorausgang die Manöverbegrenzung vor dem anderen erreicht, und zwar auf Grund von unterschiedlichen Toleranzen der Sohaltungsbauteile« die in den Steuerkanälen verwendet werden₀ Der erste Integratoraus= gang« der die Manöverbegrenzung erreicht« wird als Lagenbegren= zungssteuerung verwendet« um sicherzustellen^, daß eine übermäßige Lage nicht auf Grund eines einzigen Fehlers befohlen wird. Dies heifit mit anderen Worten« daß eine ODER~Funktion zur Aktivierung der Manöverbegrenzung verwendet wlrd_a im Gegensatz zu der Rastdetektorwirkung, die eine UND-Funktion verwendete so daß der Befehl des Piloten über die Integratoren nur dann weitergeleitet wird» nachdem beide Kraftmeßfühlersignale den Rastpegel erreicht haben. Die Verwendung der UND-Funtion für die Rastfunktion verringert weitgehend die Wahrscheinlich=· kelt des Auftretens eines Fehlers, der ein nach unten gerichtetes LKngsneigungemanöver ergibt, wenn der Pilot seine Hände nicht am Handsteuerrad hato

Da es manohmal erwünscht ist, einen der Steuerkanäle auszu=» schalten, sind Haßnahmen getroffen, um die Rastlogik für den abgeschalteten Kanal zu umgehen« wenn dies erwünscht ist» Diese Funktion ergibt sich durch die A-Abs ehalt=- oder B-Abs ehalt θ in = gänge an das ODER-Gatter 2^a oder 23b, so daß die UND-Gatter

409881/0996

die erforderlichen zwei Eingänge empfangen« wenn der Rastpegel lediglich In dem in Betrieb befindBßhen Kanal überschritten wird» Bei Abschalten eines Kanals wird der zugehörige Schalter S4a oder S4b auf den unteren Kontakt geschaltet^ um das Beta« tigungseinriohtungs^Befehlsfehlersignal von den Betätigungen einrichtungen für die Steuerflächen abzuschalten und um den Autopilot auf einen Nullbefehl für die Betätigungseinrichtung zu synchronisierenα

Schließlich dürfte es verständlich seIn_n daß mehr als zwei Kanäle parallel betrieben werdenjpum die gewünschte Redundanz zu erzielen^ wobei in diesem Fall alle oder irgendeine Korn= bination von zwei oder mehreren der verschiedenen Kanäle in der Weise betrieben werden kann*, wie sie vorstehend für das Zweikanalsystem beschrieben wurde ₀

Patentansprüche:

ο/ ο

409881/09

Claims

Paten tansprttche

1. Flugsteuereystem fttr Luftfahrzeuge« dadurch gekennzeichnet, daß das System erste und zweite redundante Steuerkanäle (A, B) aufweist und selektiv in einer Autopilot« Betriebsweise oder einer Pilot-=Handradsteuerbetriebsweise (CWS«Betriebeweise) betreibbar ist* um das Luftfahrzeug um eine seiner Achsen zu steuern^ daß die Befehle des Piloten von Kraftmeßfünlern (lla« lib) geliefert werden, die mit dem PiIoten-Handsteuerrad (lO) gekoppelt sind, daß jeder Meßfühler (lla» lib) einem jeweiligen Steuerkanal (A₈ B) zugeordnet ist und daß jeder Steuerkanal (A₃ B)Synchronisier= einrichtungen (l6a, l6bL die mit dem zugehörigen Handsteuer» rad-KraftmeßfUhler (Ha* lib) gekoppelt und in der Autopilot-Betriebsweise betreibbar sind, um das Meßfühler-Ausgangssignal aufzuheben« bis die Ausgangesignale beider Meßfühler (Ha, lib) einen vorgegebenen Sohwellwertpegel erreichen« Rastdetektoreinrichtungen (2Ia₀ 2Ib) zur Feststellung dee vorgegebenen Sohwellwertpegels des zugehörigen Handsteuerrad-Meßfühlerausgangssignals zur Lieferung eines den festgestellten Schwellwert anzeigenden Signals und Gatt ere inr ichtun·= gen (24a« 24b) umfaßt, die auf das gleichzeitige Vorhanden« sein von einen festgestellten Schwellwert anzeigenden Signalen in beiden Kanälen ansprechen, um ein Betriebsarten^ ehaltsignal zu liefern* das beide Kanäle (A _g B) von der Autopilot= Betriebsweise in die Handsteuerrad-Steuerbetriebsweise um« schaltet und die Synchronisiereinrichtungen {l6a_s l6b) ab» schaltet^ die danach auf dem Pegel des Handsteuerrad°Meß= fühlersignals festgehalten werden,der diesen zum Zeitpunkt des Abschaltens der Synchronisiereinrichtungen zugeführt wurde₉ wobei weitere Vergrößerungen jedes Handsteuerrad-Meßfühlerausgangssignal über den zugehörigen Flugsteuer« systera-Kanal (A. B) weitergeleitet werden, um die Betätigungseinrichtungen für die Steuerflächen des Luftfahrzeuges ent» sprechend diesen Vergrößerungen zu steuern«

AO9881/0996

2. Flugs teuer sys tem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η =

ζ e i chne t , daß die Synchronisiereinrichtungen (l6a, l6b) Summiereinrichtungen (l8a, l8b) mit einem zum Empfang des Kraftsignals angeschalteten Eingang und mit einem weiteren Eingang, eine hohe Verstärkung aufweisende Integrator» einrichtung^ (17a, 17b) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang der Summiereinrichtungen (l8a, l8b) verbunden ist und mit einem Ausgangsanschluß, der mit dem anderen Eingang der Summiereinrichtungen (18a, l8b) verbunden 1st, und Schaltereinrichtungen (Sj?a, SJb) umfassen, die auf das Betriebsarten-Schaltsignal ansprechen, um die Integrator-Eingangsverbindung zu unterbrechen^ so daß der Integratorausgang auf dem Pegel des Kraftsignals festgehalten wird, der zum Zeitpunkt der Betriebs= ar tenums ehaltung vorhanden war.

3. Flugsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerkanal (A, B) weiterhin Manöver°Begrenzungsdetektoreinrichtungen (26a, 26b) einschließt, die auf das gleichzeitige Vorhandensein eines eine vorgegebene Luftfahrzeuglagenbegrenzung darstellenden Signals in dem zugehörigen Steuerkanal und eines Signals, des zugehörigen Handsteuerrad-KraftmeßfUhlers (lla, lib), das eine entsprechende Lagenrichtung unter der Bedingung ansprechen, daß Rastdetektor» Schwellwertanzelgesignale in beiden Kanälen (A, B) vorhanden sind, um ein Sperrsignal zu liefern, das die Betriebsweise der Gattereinrichtungen (24a, 24b) beendet, so daß die zugehörigen Synchronisiereinrichtungen (l6a, l6b) wieder eingeschaltet und die jeweiligen Steuerkanäle (A, B) in die Auto= pilot-Betrie beweise zurückgeschaltet werden.

ο Flugsteuersystem nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das gleichzeitige Vorhandensein von festgestellten Schwellwerte anzeigenden Signalen in beiden Kanälen ansprechenden Einrichtungen Sperreinrichtungen (22a, 22b) mit einem Dateneingangsanschluß zum Empfang

409881/0996

des Schwellwert anzeigenden Signals von dem Rastdetektor und mit einem Sperreingangsanschluß zum Empfang eines Manöver= begrenzungs-Detektorsperrsignals und eine UND-Schaltung zum Empfang des Ausgangssignale der Sperreinrichtungen beider Steuerkanäle zur Lieferung des Betriebsarten-Schaltsignals einschließen,

Flugsteuersystem nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichnet* daß jeder Steuerkanal (A, B) weiterhin eine ODER-Schaltung (2;5a, 2j5b), die zwischen dem zugehörigen Sperreinrlchtungseingang und dem Eingang der UND-Schaltung beider Kanäle eingeschaltet ist und Einrichtungen zur Zuführung eines jeweiligen Abschaltsignals für jeden Steuerkanal an jede ODER-Schaltung (2^a_s 2}b) einschließt₀

Flugsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η => zeichnet« daß jeder Steuerkanal (A, B) Integrator» einrichtungen (I2a₅ 12b) zum Empfang der Handradsteuerungs= Befehlssignale und zur Lieferung eines Ausgangs-Steuerflächen= Befehlssignals an die Autopilot-Betätigungseinrichtungen umfaßt« so daß die Luftfahrzeug-Lagenänderungsgeschwindigkeit proportional zu den Handradsteuerungs-Krafteingangssignalen ist ο

Flugsteuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet« daß jeder Steuerkanal (A₅ B) ein Voreilungs= netzwerk (19a, 19b) einschließt, das das KraftmeßfUhlersignal mit dem Eingang der Integratoreinrichtungen (12a, 12b) verbin= det, um die natürliche Verzögerung des Ansprechens des Luftfahrzeuges auf die vom Piloten gegebenen Steuerbefehle zu kompensieren und um sicherzustellen, daß der Ausgang der Integratoreinrichtungen (12a* 12b) sehr genau die momentane Luftfahrzeuglage darstelltα

409881/0996

8« Flugs teuersys tem nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η = zeichnet« daß jeder Steuerkanal (A, B) weiterhin Manöverbegrenzungs-Detek tor einrichtungen (26a. ₉ 26b) einschließt, die auf das gleichzeitige Vorhandensein eines eine vorgegebene Luftfahrzeug-Lagenbefehlsbegrenzung darstellenden Signals in dem zugehörigen Steuerkanal und eines Signals des zugehörigen Handsteuerrad<°KraftmeßfUhlers (Ha₉ lib) ansprechen» das eine entsprechende Lagenbefehlsrichtung darstellt, um bei Vorhandensein von Rastdetektor=Sehwellwert= anzeigesignalen in beiden Kanälen (A, B) ein Eingangssignal zu liefern, damit die Betriebsweise der Gattereinrichtungen beendet wird« so daß die zugehörige Synchronisiereinrichtung (16a, l6b) wieder eingeschaltet wird und die jeweiligen Steuerkanäle (A, B) in die Autopilot-Betriebsweise zurück= geschaltet werden.

9. Flugsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Luftfahrzeuges die Querneigungsachse oder die Längsneigungsachse iSt ο

40988 1/0996