DE2832898A1

DE2832898A1 - Irreversibler, hydraulischer stellantrieb

Info

Publication number: DE2832898A1
Application number: DE19782832898
Authority: DE
Inventors: Herbert Ing Grad Fischer; Joachim Ing Grad Hartmann; Klaus Dipl Ing Szczeponik
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 1978-07-27
Filing date: 1978-07-27
Publication date: 1980-02-14
Also published as: GB2026406B; FR2433659B1; DE2832898C2; FR2433659A1; GB2026406A

Description

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MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM - 4 - " Ottobrunn, 10. Juli 1978

G-ESEIiLSOHAi¹T BT 01 Im

MIT BESCHRÄNKTER HAEDUNG
MÜNCHEN

8374

Irreversibler,hydraulischer Stellantrieb

Die Erfindung bezieht sich auf einen irreversiblen, hydraulischen Stellantrieb, insbesondere zur Blattwinkelsteuerung eines Hubschrauber-Hauptrotors, mit einem auf ein hydraulisches Servoventil wirkenden Eingangsglied, einem vom Servoventil gesteuerten und auf dieses gegensinnig zum Eingangsglied zurückwirkenden, hydraulischen Servomotor und einem mechanisch, insbesondere manuell betätigten Steuerglied, das mit dem Eingangsglied über zumindest einen, dieses entsprechend der Stellung des Steuergliedes betätigenden, elektro-hydraulischen Stellsignalpfad verbunden ist, der einen mit dem Eingangsglied gekoppelten, hydraulischen Hilfsservomotor mit einem zugeordneten, elektrohydraulischen Hilfsservoventil sowie einen das Hilfsservoventil entsprechend der Regelabweichung zwischen dem Stellweg des Steuergliedes und dem Stellweg des Hilfsservomotors betätigenden Regler

enthält.

Bei bekannten ServoSteuerungen dieser Art, die vor allem in der

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luft- und Raumfahrt verwendet werden (sog. Fly-by-wire-Steuerungen), sind aus Sicherheitsgründen zumeist mehrere, parallel geschaltete, elektro-hydraulisehe Stellsignalpfade zwischen dem Steuerglied (Steuerknüppel) und dem Eingangsglied des hydraulischen Stellantriebs vorhanden. Auch bei mehrfach redundanter Signalübertragung über mehrere, voneinander unabhängige, gleichartige Stellsignalpfade besteht jedoch die Gefahr, daß ein systemtypischer Störfall, z.B. im elektrischen Teil ein Kabelbrand oder ein durch Vibrationen verursachter Kabelbruch bzw. im. hydraulischen Teil ein Druckausfall oder ein Verklemmen der hydraulischen Hilfseinrichtungen, nicht auf einen einzigen Stellsignalpfad beschränkt bleibt, sondern in gleicher Weise auch die übrigen Stellsignalpfade stilllegt, so daß die Signalübertragung zwischen Steuerknüppel und Eingangsglied unterbrochen oder blockiert wird und der gesamte Stellantrieb nicht mehr funktionsfähig ist· Darüberhinaus haben derartige Fly-by-wire-Ansteueruögen den Nachteil, daß eine Steuerdrucksimulation am Steuerknüppel nicht oder nur mit erheblichem baulichen Mehraufwand möglich ist.

Demgegenüber soll erfindungsgemäß ein irreversibler, hydraulischer Stellantrieb mit einer elektro-hydraulischen Ansteuerung • des Eingangsgliedes geschaffen werden, bei dem das Ausfallrisiko der Stellsignalübertragung vom Steuer- an das Eingangsglied wesentlich verringert und zugleich ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen eine variable, insbesondere flugabhängige Steuerdrucksimulation erreicht wird.

Zur lösung dieser Aufgabe ist der Stellantrieb der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied mit dem Eingangsglied über einen weiteren, parallel zum elektro-hydraulischen Stellsignalpfad wirkenden, mechanischen Stellsignalpfad verbunden ist und im Regler die Regelabweichung in Abhängigkeit von vorgewählten, variablen Eingabeparametern modifiziert und durch entsprechende Steuerung

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de3 Hilfsservoventils am Steuerglied eine über den Hilfsservomotor und den mechanischen Stellsignalpfad zurückwirkende, veränderlich simulierte, fühlbare Steuerkraft erzeugt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Stellantrieb wird durch die Kombination ungleichartiger Stellsignalpfade in redundanter Anordnung, nämlich einerseits eines elektro-hydraulischen und andererseits eines mechanischen Signalübertragungssystems, sichergestellt, daß ein einzelner, systemspezifischer Stör-

ΐθ oder Ausfallfaktor nicht - wie bei Anordnung ausschließlich gleichartiger Stellsignalpfade - die gesamte Stellsignalübertragung zum Erliegen bringen kann, sondern in seiner Störwirkung auf einen der Übertragungswege, also entweder den mechanJsDhen oder den elektro-hydraulischen, beschränkt wird, während der jeweils andere Übertragungsweg funktionstüchtig gleibt. So kann zwar ein Kabelbrand oder ein elektrischer Kurzschluß zu einem Ausfall des gesamten elektro-hydraulischen Übertragungsweges führen, jedoch bleibt bei einem solchen spezifisch elektrischen Störfall die Ansteuerung des Eingangsglieds auf mechanischem Wege erhalten, während andererseits typisch mechanische Risikofaktoren, die jegliche Signalübertragung auf mechanischem Wege, also über ein Steuergestänge unterbinden können, im Störfall immer noch die elektro-hydraulische Ansteuerung des Eingangsglieds zulassen. Zusätzlich liegt ein besonderer Effekt der Erfindung in dem Umstand, daß durch die Kombination der Fly-by-wire-Ansteuerung und einer mechanischen Signalübertragung in Verbindung mit der speziellen Regelcharakteristik des Reglers auf äußerst einfache Weise und ohne baulichen Mehraufwand eine von vorgewählten Eingabeparametern abhängige Steuerdrucksimulation erzielt wird. Als Eingabeparameter werden dabei vorzugsweise neben dem Stellweg des Steuergliedes auch dessen Stellgeschwindigkeit und vor allem auch äußere,

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für die am Stellantrieb angreifenden lasten Kennzeichnende Betriebsparanieter berücksichtigt, also bei Verwendung des Stellantriebs als Servosteuerung für ein Luftfahrzeug die kennzeichnenden Plugdaten, z.B. Fluglage, -geschwindigkeit und -beschleunigung, die dem Regler etwa vom Bordkomputer übermittelt und bei der Modifikation der Regelabweichung derart gewichtet. werden, daß dem Piloten eine fluggetreue, auf einzelne, besonders flugwichtige Eingabeparameter evtl. sogar überproportional reagierende Steuer-' drucksimulation vermittelt wird.

pur die redundante Schaltung des elektro-hydraulischen und des mechanischen Stellsignal-Übertragungsweges und die Steuerdruck-Simulation bietet der erfindungsgemäße Stellantrieb grundsätzlich zwei Möglichkeiten: entweder wird der mechanische Stellsignalpfad als übergeordneter Signalübertragungsweg gewählt und das Eingangsglied und mit diesem auch der Hilfsservomotor sind zwangsweise mit dem Steuerglied (Steuerknüppel) gekoppelt. In diesem Pail modifiziert bzw. simuliert dann der Regler in Abhängigkeit von den Eingabeparametern eine mehr oder weniger große Regelabweichung zwischen der Stellung des Hilfsservomotors und der des Steuergliedes, die aber wegen der zwangsweisen, mechanischen Koppelung zwischen Hilfsservomotor und Steuerglied nicht ausgeregelt werden kann, sondern über das Hilfsservoventil eine mit wachsender Regelabweichung zunehmend größere ,je nach dem Vorzeichen der Regelabweichung in der einen oder anderen Richtung wirksame Differenzdruckbeaufschlagung des Hilfsservomotors zur Polge hat, aus der dann die simulierte Steuerkraft, die vom Hilfsservomotor über den mechanisDhen Stellsignalpfad auf den Steuerknüppel zurückwirkt, resultiert. Erst bei einem Ausfall, z.B. einem Verklemmen mit nachfolgendem Preigängig_schalten auf übliche Weise oder einem Bruch des mechanischen Steuergestänges übernimmt der elektrohydraulische Stellsignalpfad die Ansteuerung des Eingangsgliedes, so daß erst dann die eigentliche, elektro-hydraulische

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regelung einsetzt, bei der die (modifizierte) Regelabweichung durch entsprechende Einstellung des Hilfsservomotors und somit des Eingangsglieds ausgeregelt wird. Wenn die Zwangssteuerung über das mechanische Steuergestänge ausfällt, entfällt natürlich auch die Steuerdruclcsimulation, da keine Steuerkräfte mehr auf mechanischem Wege an den Steuerknüppel zurückwirken können,, so daß der Pilot auch auf diese Weise unmittelbar von dem Einsetzen der Jtfotsteuerung informiert wird,

G-emäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jedoch von der zweiten Möglichkeit Gebrauch gemacht, nach der die abhängig von den variablen Eingabeparametern modifizierte Regelabweichung während des normalen Betriebs ausgeregelt und im Zuge des mechanischen Stellsignalpfads zwischen Steuerglied und Hilfsservomotor - evtl. unter Zwischenschaltung des Eingangsglieds ein entsprechend der auf das Steuerglied zurückwirkenden, simulierten Steuerkraft elastisch verformtes Federglied angeordnet ist. In diesem EaIl arbeitet der elektro-hydraulische Stellsignalpfad auch während des normalen Betriebs nach Art einer Folgeregelung, allerdings mit der Maßgabe, daß die Stellung des Hilfs-Servomotors nicht exakt der momentanen Stellung des Steuerknüppels folgt, sondern von dieser in Abhängigkeit von der Größe und Gewichtung der variablen Eingabeparameter mehr oder weniger stark in der einen oder anderen Richtung abweicht. In der mechanischen Verbindung zwischen Hilfsservomotor und Steuerknüppel wird diese Abweichung durch eine korrespondierende, elastische Verformung des Pedergliedes ausgeglichen, und die Federkraft wirkt auf den Steuerknüppel zurück und wird dort als Steuerkraft fühlbar. Je nach der Lage des Federgliedes der mechanischen Ansteuerung - entweder zwischen Hilfsservomotor und Eingangsglied oder zwischen Steuerglied und Hilfsservomotor bzw. Eingangsglied - ist entweder der mechanische oder der elektro-hydraulische Stellsignalpfad das übergeordnete Signalübertragungssystem. Wenn dieses ausfällt, setzt die Ansteuerung des Eingangsgliedes über das jeweils andere Übertragungssystem

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ein, und zwar über das federglied, das dann allerdings nicht mehr funktionsnötwendig ist, da die Steuerkraftsimulation ebenfalls wieder entfällt. Vorzugsweise wird die elastische Verformung des Federgliedes unter der Wirkung der auftretenden Belastungen klein gehalten, d.h. das Federglied hat eine verhältnismäßig große Federhärte und kann in baulich einfacher Weise" durch die Eigenelastizitäf des mechanischen Stellsignalpfads gebildet werden.

Wie bereits erwähnt, erfolgt das Freigängig..schalten des mecha-

"Ό nischen Steuergestänges auf herkömmliche Weise. Für den elektrohydraulischen Stellsignalpfad hingegen ist zu diesem Zweck in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein die Arbeitskammern des Hilfs servomotors üb erbrückendes, sich bei einem vorgegebenen Überdruck jeweils einer der Arbeitskammern gegenüber der über das Hilfsservoventil zum Hilfsservomotor führenden Druckzufuhrleitung öffnendes Bypass-Ventil vorgesehen. Dieses erfüllt eine doppelte Sicherheitsfunktion: es verhindert zum einen, daß der Hilfsservomotor bei einem Ausfall der Druck- · mittelversorgung hydraulisch verriegelt wird und dadurch die mechanische Ansteuerung des Eingangsglieds blockiert, und zwar selbst dann, wenn sich das Hilfsservoventil in der neutralen, die Steuerleitungen zum Hilfsservomotör sperrenden Mittelstellung befindet oder in dieser Stellung verklemmt ist. Somit wird der Hilfsservomotör über das Bypass-Ventil bei einem Druckausfall mit Sicherheit freigängig geschaltet. Auch für den Fall, daß zwar die Druckversorgung nicht ausgefallen ist, aber der Hilfsservomotör eine unrichtige Stellung einnimmt, etwa weil der Regler unregelmäßig arbeitet, .'-' '· .

gestattet das Bypass-Ventil unabhängig von der Stellung des Hilfsservoventils ein sogenanntes "Überdrücken" des Hilfsservomotors, d.h. durch Aufbringen einer entsprechenden Steuerkraft am Steuerglied, die über das mechanische Steuergestänge auf den Hilfsservomotör ein-

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wirkt, wird dort in einer der Arteitskammern der Hydraulikdruclc gegenüber dem in Schließrichtung des Bypass-Ventils wirkenden Betriebsdruck so weit erhöht, daß sich das Bypass-Ventil öffnet und. der Hilfseervomotor und mit diesem auch das Eingangsglied über das mechanische Steuergestänge verstellt v/erden kann. In besonders zweckmäßiger Weise ist ferner die über das Hilfsservoventil zum Hilfsservomotor führende Druckzufuhrleitung mit der Druckmittelquelle über ein normalerweise geöffnetes, in der Ruhelage jedoch die Druckzufuhrleitung zum Rücklauf umschaltendes Abschaltventventil -verbunden. Hierdurch läßt sich die Druckzufuhrleitung jederzeit drucklos schalten und somit der elektrohydraulisch^ Übertragungsweg gewünschtenfalls beim Auftreten irgendeiner Störung oder Unregelmäßigkeit ausschalten. Damit hierbei der Hilfsservomotor ebenfalls wieder mit geringem Kraftaufwand und unabhängig von der Stellung des Hilfsservoventils freigängig verstellbar wird, ist das Abschaltventil vorzugsweise stromaufwärts des Bypass-Ventils in der Druckzufuhrleitung angeordnet. Um schließlich bei einem Energieausfall im elektrischen auch den hydraulischen Teil des elektrohydraulischen Stellsignalpfads automatisch abzuschalten, ist das Abschaltventil zweckmäßigerweise elektrisch betätigt und schaltet bei einem Ausfall der elektrischen Stromversorgung selbsttätig in die Ruhelage um.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, die in ihrer einzigen Figur einen hydraulischen Stellantrieb nach der Erfindung mit einer doppelten Ansteuerung des Eingangsglieds darstellt.

Der gezeigte hydraulische Stellantrieb dient als Servosteuerung ■zQ für eine bewegliche Steuerfläche^eines Luftfahrzeugs, z.B. zur Blattwinkelsteuerung eines Hubschrauber-Hauptrotors, in Abhängigkeit von der Stellbewegung eines Steuerknüppels 4

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und besteht aus einem Servoabschnitt 6 und einem zwischen Steuerknüppel 4 und Servoabschnitt 6 verlaufenden Signalübertragmigsabschnitt 8. Der Servoabschnitt 6 ist von beliebiger Bauart und enthält bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Hauptbestandteile einen Servomotor 10 in Form einer hydraulisch betätigten Kolben-Zylindereinheit, ein mechanisches Servoventil 12 und einen Anlenkhebel 14, dessen freier Hebelarm 16 das über den Signalübertragungsabschnitt 8 vom Steuerknüppel 4 verstellte Eingangsglied des Stellantriebs bildet.

Der Servomotor 10, dessen Arbeitskolben 18 über-eine Kolbenstange 20 und eine schematisch dargestellte, mechanische Verbindung 22 bewegungsschlüssig mit der Steuerfläche 2 gekoppelt ist und die Betätigungskraft zu deren Einstellung aufbringt, wirkt gemeinsam mit dem Servoventil 12 und dem Anlenkhebel 14

.je als Polgesteuerung, d.h. jeder Stellung des Eingangsgliedes ist eine bestimmte Stellung des vom Servoventil 12 hydraulisch gesteuerten Arbeitskolbens 18 zugeordnet. Zu diesem Zweck ist der Anlenkhebel 14 zwischen seinen Enden über einen Zwischenhebel 24 an den Steuerkolben 26 des Servoventils 12 und mit seinem anderen Hebelarm 28 an eine zweite Kolbenstange 30 des Arbeitskolbens 18 angeschlossen, so daß die Stellung des Arbeitskolbens 18 auf die Einstellung des Steuerkolbens 26 zurückwirkt. Dieser enthält vier, in der Tentilbohrung 32 gleitend und dichtend geführte Kolbenstege34, 36, 38, 40, von denen die mittleren Kolbenstege 36, 38 die zu den Arbeitskammern 42, 44 des Servomotors 10 führenden Steuerleitungen 46 bzw. 48 in der gezeigten, neutralen Mittelstellung des Steuerkolbens 26 absperren. Wird hingegen der Steuerkolben 26 im Sinne der Zeichnung nach links verschoben, so wird die Steuerleitung 46 zunehmend stärker mit der zwischen den Kolbenstegen 36, 38 in die Ventilbohrung 32 mündenden, an die Druckmittelquelle P angeschlossenen Druckzufuhröffnung 50 und die Steuerleitung 48 zunehmend stärker mit einer zum Rücklauf R führenden Auslaßöffnung 52 in Verbindung gebracht, während andererseits

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bei einer Verschiebung des Steuerkolbens 26 aus der neutralen Mittelstellung im Sinne der Zeichnung nach rechts die Steuerleitung 48 über den Kolbensteg 38 zur Druckzufuhröffnung 50 hin aufgesteuert und gleichzeitig die Steuerleitung 46 über den Kolbensteg 36 mehr und mehr zu einer weiteren zum Rücklauf R führenden Auslaßöffnung 54 hin geöffnet wird. Wenn somit die Stellung des Eingangsglieds 16 verändert und dementsprechend der Anlenkpunkt 56 zwischen dem Anlenkhebel 14 und dem Zwischenhebel 24 ausgelenkt wird, wird der Steuerkolben 36 je nach der Größe und Richtung der Stellbewegung des Eingangsglieds 16 mehr oder weniger weit in der einen oder anderen Richtung

/und ^to aus der neutralen Mittelstellung herausbewegi/ dementsprechend

• werden die Steuerleitungen 46 und 48 von den Kolbenstegen 36, 38 aufgesteuert und mit der Druckzufuhröffnung 50 bzw. der Auslaßöffnung 52 oder 54 verbunden, so daß sich der Arbeitskolben 18 unter der Wirkung der zwischen den Arbeitskammern 42, 44 entstehenden Druckdifferenz mit einer entsprechenden Stellgeschwindigkeit entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Eingangsgliedes 16 verschiebt und die Steuerfläche 2 verschwenkt. Die Bewegung des Arbeitskolbens 18 wirkt über die Kolbenstange 30, den Hebelarm 28, den Anlenkpunkt 56 und den Zwischenhebel 24 auf das Servoventil 12 entgegengesetzt zur anfänglichen Auslenkung durch das Ein gangsf.ied 16 zurück und hält an, bis das Servoventil 12 erneut in die neutrale Stellung zurückkehrt, woraufhin der Servomotor 10 - nunmehr in seiner neuen Stellung - durch die Kolbenstege 36, 38 hydraulisch verriegelt wird. Somit ist über den gesamten Verstellbereich jeder Stellung des Eingangsgliedes 16 eine bestimmte Stellung des Arbeitskolbens 18 und daher auch der Steuerfläche 2 zugeordnet, ohne daß die am Servomotor 10 bzw« der Steuerfläche 2 angreifende Last auf das Eingangsglied 16 zurückwirkt.

Der Signalübertragungsabschnitt 8 zur Pe man steuerung des

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Eingangsglieds 16 vom Steuerknüppel 4 aus enthält zwei ungleichartige, parallel v/irkende Signalübertragungswege, nämlich einen mechanischen Stellsignalpfad in Form eines Steuergestänges und einen diesen gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel übergeordneten, elektro-hydraulischen Stellsignalpfad 60, dessen Hauptbestandteile ein Regler 62, ein insgesamt mit 64 bezeichnetes, elektro-hydraulisches Hilfsservoventil und ein Hilfsservomotor 66 sind, dessen Stellkolben 68 über eine Kolbenstange 70 an das Eingangsglied 16 und über eine entgegengesetzt verlaufende Kolbenstange 72 an das Steuergestänge 58 angeschlossen ist, so daß dieses unter Zwischenschaltung des Arbeitskolbens 68 und der Kolbenstangen 70, 72 mechanisch mit dem Eingangsglied 16 verbunden ist, wobei im Steuergestänge 58 zwischen der Kolbenstange 72 und dem Steuerknüppel 4 ein Federglied 74 vergleichsweise großer Federhärte angeordnet ist, das in der Praxis durch die Eigenelastizität des Steuergestänges 58 gebildet wird.

Der hydraulische Teil des Stellsignalpfads 60 ist in der Nähe des Eingangsglieds 16 in einem (nicht gezeigten) Gehäuse untergebracht, das ebenso wie die mit R bezeichneten Hydraulikleitungen zur Rückführung des Hydraulikmittels zu einer (ebenfalls nicht gezeigten) Druckmittelquelle dient:, die die mit P bezeichneten Hydraulikleitungen mit Druckmittel versorgt. Infolge der Anordnung in einem mit dem Rücklauf verbundenen Gehäuse ist es z.B. am Hilfsservomotor 66 möglich, bewußt eine Hydraulikleckage in das Gehäuse zuzulassen, so daß auf enge Passungen des Kolbens 68 und der Kolbenstangen 70, 72 im Zylinder des Hilf sservomotors 66 verzichtet und damit," die Gefahr eines mechanischen Blockierens wirksam verringert wird.

Die Drucksteuerung des Hilfsservomotors 66 erfolgt durch das elektro-hydraulische Hilfsservoventil 64, äas über zwei Steuerkanäle 76 und 78 mit den Arbeitskammern 80 bzw. 82 des Hilfsservomotors 66 verbunden ist und aus einem hydrau-

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lischen Steuerventil 84 sowie einem Prallplattenventil 86 zur Vorsteuerung des Ventils 84 besteht. Das Prallplattenventil enthält zwei beidseitig einer schwenkbaren Prallplatte 88 angeordnete Ausströmdüsen 90, 92, die jeweils über eine Drosselstel-Ie 94 bzw. 96 an die Druckmittelquelle P angeschlossen sind. Die Schwenkbewegung der Prallplatte 88 wird vom Regler 62 mit Hilfe zweier, mit diesem über elektrische Stellsignalleitungen verbundener Elektromagnete 98 und 100 festgelegt. In der gezeigten Mittelstellung der Prallplatte 88 sind beide Ausströmdüsen 90 und 92 gleich weit zum Rücklauf geöffnet, so daß die Steuerdrücke stromabwärts der Drosselstellen 94 und 96 und somit auch in den von dort zum Steuerventil 84 führenden Steuerleitungen 102 und 104 auf einem gleich hohen, mittleren Druckniveau liegen. Wird hingegen die Prallplatte 88 durch die Elektromagnete 98, 100 aus ihrer Mittelstellung in Richtung der einen oder anderen Endlage ausgelenkt, so wird die eine Ausströmdüse 90 oder 92 zunehmend zu- und die jeweils andere Ausströmdüse 92 oder 90 in gleichem Maße aufgesteuert, so daß zwischen den Steuerleitungen 102 und 104 eine nach Größe und Richtung von der Schwenkbewegung der "Prallplatte 88 abhängige Steuerdruckdifferenz entsteht, die ihrerseits den Steuerkolben 106 des Steuerventils 84 in eine bestimmte Lage innerhalb seines Verstellbereichs zwischen seinen Endstellungen bringt. Dieser sperrt in seiner dargestellten neutralen Mittelstellung die beiden Steuerkanäle 76 und 78 mit seinem mittleren Kolbensteg 108 zu einer über eine Druckzufuhrleitung 112 an die Druckmittelquelle P angeschlossenen Druckzufuhröffnung 110 hin und mit seinen beiden äußeren, im Durchmesser gleich groß wie der Kolbensteg 108 bemessenen Kolbenstegen 114 und 116 zu den beiden RücklaufÖffnungen hin ab. Die Ringfläche zwischen dem Kolbensteg 116 und dem Kolbenzapfenende 118 ist mit dem Steuerdruck in der Steuerleitung 102 und die Ringfläche zwischen dem Kolbensteg 114 und dem Kolbenzapfenende 120 ist mit dem Steuerdruck in der Steuerleitung 104 beaufschlagt. Die Stirnfläche des Kolbenzapfens 118 begrenzt eine Rücksteuerkammer 122,

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die über eine Zweigleitung 124 dem Druck im Steuerkanal 78 ausgesetzt ist, während die Stirnfläche des Kolbenzapfens 120 über eine Rücksteuerkammer 126 und eine Zweigleitung 128 mit dem jeweiligen Druck in dem Steuerkanal 76 beaufschlagt wird.

Unter der Wirkung einer Druckdifferenz zwischen den Steuer— leitungen 102, 104 mit dem höheren Druck in der Steuerleitung 102 verschiebt sich somit der Steuerkolben 106 aus seiner Mittelstellung nach rechts, wodurch die Druckzufuhröffnung 110 durch den Kolbensteg 108 und die rechte Rücklauföffnung durch den Kolbensteg 114 zunehmend aufgesteuert und mit dem Steuerkanal 76 bzw. dem Steuerkanal 78 in eine mehr und mehr ungedrosselte Verbindung gebracht werden. Infolge des nunmehr höheren Drucks im Steuerkanal 76 und niedrigeren Drucks im Steuerkanal 78 wirkt jedoch gleichzeitig über die Zweigleitung 128 und die Rücksteuerkammer 126 bzw. die Zweigleitung 124 und die Rücksteuerkammer 122 eine mit steigender Auslenkung des Steuerkolbens 106 wachsende Druckdifferenz an den Stirnflächen der Kolbenzapf en enden 118, '120, die in ihrer Wirkung entgegengesetzt zu der Druckdifferenz zwischen den Steuerleitungen 102 und 104 gerichtet ist. Unter dem Einfluß dieses Rücksteuereffekts wird der Stellkolben 106 in einer neuen Stellung zwischen seiner neutralen Mittelstellung und seiner rechten Endlage stabilisiert. In gleicher'Weise wird der Steuerkolben 106 in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen den Steuerleitungen 102, 104 mit dem höheren Druck in der Steuerleitung 104 auf eine bestimmte Stellung zwischen seiner neutralen Mittel- und seiner iinken Endlage eingesteuert.

Durch entsprechende Betätigung der Elektromagnete 98 und 100 wird somit mit Hilfe des über seinen gesamten Verstellbereich stufenlos einregulierbaren Steuerkolbens 106 des Steuerventils 84 die am Stellkolben 68 jeweils angreifende Druckdifferenz

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nach G-röße und Richtung festgelegt. In der Mittelstellung des Steuerkorbens 106 ist der Stellkolben 68 in seiner jeweiligen Einstellage hydraulisch fixiert.

Diese wird über einen Stellweggeber 130 dem Regler 62 in Form eines Ist-Wert-Signals gemeldet, während die jeweilige Stellung des Steuerknüppels 4 über einen Stellweggeber 132 als Soll-Wert-Signal dem Regler 62 eingegeben wird. Das vom Regler 62 erzeugte • Stellsignal zur Betätigung der Elektromagnete 98, 100 ist jedoch nicht allein eine !Punktion der Regelabweichung zwischen der jeweiligen Stellung des Steuerknüppels 4 und der des Hilfsservomotors 66, also der momentanen Differenz zwischen dem Soll- und dem Ist-Wert, sondern diese Regelabweichung wird im Regler 62 in Abhängigkeit von variablen Eingabeparametern modifiziert, zu denen außer dem Stellweg des Steuerknüppeis 4 selbst auch dessen Stellgeschwindigkeit und vor allem die momentanen Plugdaten, wie Pluglage, Fluggeschwindigkeit und Plugbeschleunigung, gehören, die dem Regler etwa vom Bordkomputer übermittelt werden. Die G-ewichtung dieser variablen Eingabeparameter wird jedoch im Vergleich zur Regelabweichung so gewählt, daß das vom Regler 62 erzeugte Stellsignal zur Betätigung der Elektromagnete 98 und 100 gegenüber einem Stellsignal, das allein eine Funktion der unmodifizierten Regelabweichung ist, nur innerhalb sehr enger G-renzen schwanken kann.

Der elektro-hydraulische Stellsignalpfad 60 mit dem Regler 62, dem Hilfsservoventil 64 und dem Hilfsservomotor 66 wirkt also nach Art einer Folgeregelung, bei der der Stellkolben 68 im wesentlichen genau so exakt der Stellbewegung des Steuerknüppels 4 folgt, wie wenn er mit diesem über eine bewegungsschlüssige Zwangssteuerung gekoppelt wäre, jedoch mit dem besonderen Effekt, daß dieser Zwangsbewegung des Stellkolbens 68 eine geringfügige, innerhalb eines engen Toleranzbereiches veränderliche Regelbewegung überlagert wird, die nach G-röße und Richtung

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in Abhängigkeit von den variablen Eingabeparametern im Regler 62 festgelegt wird. Diese Abweichung zwischen der tatsächlich eingeregelten Stellung des Kolbens 68 und somit auch des mit diesem über die Kolbenstange 72 verbundenen Endendes Steuergec stänges 58 einerseits und der vom Steuerknüppel 4 vorgegebenen Sollstellung andererseits, die auch das steuerknüppelseitige. Ende des Steuergestänges 58 einnimmt, wird durch eine entsprechend geringfügige, nach &röße und Richtung jedoch veränderlich elastische Verformung des Federgliedes 74 gegenüber dem ungespannten Zustand ausgeglichen. Die daraus unter Berücksichtigung der Federhärte resultierende Federkraft wirkt über das Steuergestänge 58 auf den Steuerknüppel 4 zurück und wird dort als Steuerkraft fühlbare, deren Größe und Richtung von den erwähnten, sich allerdings nur langsam ändernden Ein— gabeparametern des Reglers 62 abhängig ist.

Da die die Steuerkraftsimulation bewirkenden Regelbewegungen des Stellkolbens 68, die dieser zusätzlich zur eigentlichen, der manuellen Stellbewegung des Steuerknüppels 4 folgenden Nachfahrbewegung ausführt, innerhalb sehr enger Grenzen und üur langsam verlaufen, sind sie im wesentlichen ohne Einfluß . auf den Servoabschnitt 6. Gewünschtenfalls können sie jedoch . durch entsprechende Ausbildung des mechanischen Servoventils 12 kompensiert werden, z.B. durch einen entsprechend größeren Überdeckungsgrad zwischen den Kolbenstegen 36, 38 und den zugeordneten Steuerausgängen 46 bzw. 48 des Ventils 12.

Wahlweise ist es auch möglich, den mechanischen Stellsignalpfad 58 als übergeordneten Signalübertragungsweg zu wählen, wobei dieser dann unmittelbar und ohne Zwischenschaltung des Hilfsservomotors 66 vom Steuerknüppel 4 zum Eingangsglied 16 führt "und dieses unter Verzicht auf das Federglied 74 zwangsweise ansteuert und die Kolbenstange 70 mit dem Eingangsglied 16 über/Iem Federglied 74 entsprechendes, elastisch verformbares

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Zwischenglied verbunden wird. In diesem Fall wirken sich dann die zur Steuerdrucksimulation benötigten, kleinen Regelbewegungen des Steilkolbens 68 nicht auf das Eingangsgliod 16 aus.

Wenn der mechanische Stellsignalpfad z.B. infolge eines Bruchs des Steuergestänges 58 .ausfällt und die Ansteuerung des Eingangsgliedes 16 nur auf elektro-hydraulischem Wege erfolgt, entfällt natürlich auch die Steuerdrucksimulation, da die geringfügigen, von den variablen Eingabeparametern abhängigen Regelbewegungen des Stellkolbens 68 nicht mehr auf den Steuerknüppel 4 zurückwirken können. Palis das Steuergestänge 58 sich verklemmt oder mechanisch blockiert · und aus diesem Grund ausfällt, wird es in herkömmlicher Weise an seinen beiden Endanschlußstellen am Steuerknüppel 4 und an der Kolbenstange 72 bzw., am Eingangsglied 16 (bei unmittelbarer Verbindung mit diesem gemäß der oben beschriebenen, abgewandelten Ausführungsform) freigängig geschaltet, z.B. mit Hilfe einer 2rennkupplung, die auf eine oberhalb des Größenbereichs der Steuerdrucksimulation liegende Betätigungskraft am steuerknüppelseitigen Ende des Steuergestänges 58 anspricht und dann beide Endanschlußstellen des Steuergestänges freigängig schaltet.

Zur Erhöhung der Funktionssicherheit des Signalübertragungsabschnitts 8 sind ferner die beiden Steuerkanäle 76, 78 und somit auch die Arbeitskammern 80, 82 des Hilfsservomotors 66 über ein Bypass-Yentil 132 miteinander verbunden. Dieses enthält einen Ventilkörper 134, der unter der Wirkung des auf der Rückseite angreifenden über eine Zweigleitung I36 zugeführten Hydraulikdrucks der Druckzufuhrleitung 112 in Schließrichtung gegen einen die beiden Arbeitskammern 80, 82 miteinander verbindenden Yentilsitz gedrückt und in Öffnungsrichtung einerseits durch den Hydraulikdruck der Arbeitskammer 80, der an der vorderen Hälfte der kegelförmigen Stirnfläche des Ventil-

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körpers 134 angreift, und andererseits durch den Hydraulikdruck der Arbeitskammer 82 "beaufschlagt;'welcher auf die andere Hälfte der Ventilkörper-Stirnfläche einwirkt. Wenn somit der elektrohydraulisch, e Stellsignalpfad 60 infolge eines Druckausfalls in der Druckzufuhrleitung 112 funktionsunfähig wird und das Eingangsglied 16 ausschließlich mechanisch über das Steuergestänge 58 angesteuert wird, wird der Ventilkörper 134 nicht mehr durch den Betriebsdruck in der Schließstellung gehalten, so daß er die beiden Arbeitskammern 80, 82 des Hilfsservomotors 66 unabhängig von der Stellung des Steuerventils 84 miteinander verbindet und somit den Hilfsservomotor 66 in beiden Richtungen freigängig schaltet, so daß sich das mechanische Steuergestänge 58 im wesentlichen ungehemmt verstellen läßt. Das Bypass-Ventil 132 hat aber noch eine zweite !funktion: Es kann nämlich vorkommen, daß der elektro-hydraulische Stellsignalpfad 60 aufgrund einer vorübergehenden Störung unregelmäßig arbeitet und das Eingangsglied 16 und über dieses auch die Steuerfläche 2 nicht entsprechend der Stellung des Steuerknüppels 4 einstellt. In diesem lall kann der Pilot den elektro-hydraulischen Stellsignalpfad 60 mit Hilfe des Steuergestänges 58 durch Aufbringen einer entsprechenden Steuerkraft am Steuerknüppel 4 (kurzzeitig) überdrucken. Unter der Wirkung dieser Steuerkraft steigt der Druck je nach der Kraftrichtung in der einen oder anderen Arbeitskammer 80 oder 82 soweit an, daß sich der Ventilkörper 134 entgegen der Schließkraft des Betriebsdrucks in der Zweigleitung 136 und der Druckzufuhrleitung 112 öffnet und die beiden Arbeitskammern 80, 82 unabhängig von der Stellung des Steuerventils 84 miteinander verbindet, so daß der Hilfsservomotor 66 nun nicht mehr auf elektro-hydraulischem Wege, sondern über das Steuergestänge 58 verfahren v/erden kann und: die mechanische Ansteuerung des Eingangsglieds 16 freigibt.

Schließlich ist die Druckzufuhrleitung 112 stromaufwärts der Zweigleitung 136 über ein Abschaltventil 138 einerseits an

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die Druckmittelquelle P und andererseits an den Rücklauf R angeschlossen. Dieses Abschaltventil 138 ist ein Zweistellungs-Solenoidventil, das durch ein elektrisches Signal in der (gezeigten) Betätigungsstellung gehalten wird, in der es die Druckzufuhrleitung 112 mit der Druckmittelquelle P verbindet, zum Rücklauf R hin jedoch absperrt. Bei Ausfall der elektrischen Stromzufuhr wird das Abschaltventil 138 unter der Wirkung einer Feder HO selbsttätig in die Ruhelage umgeschaltet, in der es die Druckzufuhrleitung 112 von der Druckmittelquelle P trennt und ,zum Rücklauf R hin öffnet. Mit Hilfe dieses Abschaltventils 138 läßt sich also ein Druckausfall simulieren und dadurch die elektro-hydraulische Stellsignalübertragung ab- und der Hilfsservomotor 66 auf die oben beschriebene Weise über das Bypass-Ventil 132 freigängig schalten. Die Unterbrechung der Stromzufuhr zum Abschaltventil 138 kann einerseits willkürlich vom Piloten aus (durch einen nicht gezeigten elektrischen Schalter) und andererseits automatisch bei einem Ausfall der Stromversorgung des elektrischen Teils des Stellsignalpfads 60 erfolgen„

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Claims

Patentansprüche

Π.'Irreversibler, hydraulischer Stellantrieb, insbesondere zur Blattwinkelsteuerung eines Hubschrauber-Hauptrotors, mit einem auf ein hydraulisches Servoventil wirkenden Eingangsglied, einem vom Servoventil gesteuerten und auf dieses gegensinnig

. zum Eingangsglied zurückwirkenden, hydraulischen Servomotor und einem mechanisch, insbesondere manuell betätigten Steuerglied, das mit dem Eingangsglied über zumindest einen, dieses entsprechend der Stellung des Steuergliedes betätigenden, elektro-hydraulischen Stellsignalpfad verbunden ist, der einen mit dem Eingangsgiied gekoppelten, hydraulischen Hilfsservomotor mit einem zugeordneten, elektrohydraulischen Hilfsservoventil sowie einen das Hilfsservoventil entsprechend der Regelabweichung zwischen dem Stellweg des Steuergliedes und dem Stellweg des Hilfsservomotors betätigenden Regler enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (4) mit dem Eingangsglied (16) über einen -weiteren,

' parallel zum elektro-hydraulischen Stellsignalpfad (60) wirkenden, mechanischen Stellsignalpfad (Steuergestänge 58) verbunden ist und im Regler (62) die Regelabweichung in Abhängigkeit von vorgewählten, variablen Eingabeparametern modifiziert und durch entsprechende Steuerung des Hilfsservovenisils (64) am Steuerglied (4) eine über den Hilfsservomotor (66)

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ORIGINAL INSPECTED

und den mechanischen Stellsignalpfad (58) zurückwirkende, veränderlich simulierte, fühlbare Steuerkraft erzeugt wird.
2. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abhängig von den variablen Eingabeparametern modifizierte Regelabweichung am Hilfsservomotor (66) ausgeregelt und im mechanischen Stellsignalpfad (58) ein entsprechend der auf das Steuerglied (4) z\\~ rückwirkenden, simulierten Steuerkraft elastisch verformtes Federglied (74) angeordnet ist.
3. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (74) eine verhältnismäßig große Federhärte aufweist.
4. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (74) durch die Eigenelastizität des mechanischen Stellsignalpfads (58) gebildet wird.
5« Hydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die variablen Eingabeparameter aus dem Stellweg und der Stellgeschwindigkeit des Steuergliedes (4) sowie der Pluglage, Fluggeschwindigkeit und Flugbeschleunigung des dem Stellantrieb zugeordneten Luftfahrzeugs gewählt sind.
6. Hydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein die Arbeitskammern (80, 82) des Hilfsservomotors (66) überbrückendes, sich bei einem vorgegebenen Überdruck jeweils einer der Arbeitskammern gegenüber der über das Hilfsservoventil (64) zum Hilfsservomotor (66) führenden Druckzufuhrleitung (112) öffnendes Bypaß-Ventil (1 32).

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7. Hydraulischer Stellantrieb nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die über das Hilfsservoventil (64) zum Hilfsservomotor (66) führende Druckzufuhrleitung (112) mit der Druckmittelquelle (p) über ein normalerweise geöffnetes, in der Ruhelage jedoch die Druckzufuhrleitung (112) zum Rücklauf (R) umschaltendes Abschaltventil (138) verbunden ist,
8. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß das Abschaltventil (138) elektrisch betätigt ist und bei einem Ausfall der elektrischen Stromversorgung selbsttätig in die Ruhelage umschaltet.
9. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 7 oder 8 in Verbindung mit Anspruch 6, dadurch gekennz eichnet, daß das Abschaltventil (138) stromaufwärts des Bypaß-Ventils (132) in der Druckzufuhrleitung (112) angeordnet ist.

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