DE2941258A1

DE2941258A1 - Taumelscheiben-steuerung fuer einen hubschrauberrotor

Info

Publication number: DE2941258A1
Application number: DE19792941258
Authority: DE
Inventors: Gaylord Wayne Carlock; James Raymond Goodman; William Lattimer Mckeown; Chester Skrodzki
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1978-10-11
Filing date: 1979-10-09
Publication date: 1980-04-30
Also published as: JPS55106898A; AU528308B2; AU5164079A; FR2438586A1; IT1164728B; IT7950522A0; BR7906523A; GB2032374A; DE2941258C2; US4243358A; GB2032374B; FR2438586B1; IL58424A; ES484900A1; JPH025639B2; CA1109046A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Taumelscheiben-Steuerung für Hubschrauber.

Bekannte Tauinelscheiben-Steuerungen für Hubschrauber verwenden eine mechanische Kopplung zwischen dem Steuerknüppel und Taumelscheiben-Verstellorganen. Die Taumelscheibe ist zur zyklischen sowie zur kollektiven Blattsteuerung über jeweils ein Blattsteuerungshorn mit den Rotorblättern verbunden. Änderungen in der kollektiven Blattsteuerung werden durch Anheben und Absenken der Taumelscheibe bewirkt. Die Lage und Neigung der Taumelscheibe ist durch drei Verstellorgane steuerbar, die an drei Stellen der Taumelscheibe ansetzen. Bislang verwendete man elektrische Sensoren zum Messen der Steuerbefehle des Piloten sowie zur Umsetzung in Steuersignale für eine Servoanlage, die auf die Taumelseheiben-Verstellorgane wirkt.

Da Militärhubschrauber der Feindeinwirkung ausgesetzt sein können, erfordern sie Steueranlagen, die selbst beim Ausfallen eines Steuerkanals noch funktionsfähig sind.

Jeweils drei Verstellorgane bestimmen die Ebene und Lage der Taumelscheibe. Werden mehr als drei Verstellorgane verwendet, dann erhält man eine funktionsmäßige Redundanz. Fällt in

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diesem Fall ein mechanisches Teil aufgrund von Feindeinwirkung aus, so kann dies je nach dem Grad der Redundanz vernachlässigt werden.

Die Erfindung schafft eine Steuerung für mehr als drei hydraulische Verstellorgane, die mit der Taumelscheibe gekoppelt sind und von denen jedes unabhängig von den anderen eine eigene Hydraulik- und Stromquelle besitzt, um unabhängig von der Ansteuerung eines anderen Kanals eine Redundanz zuzulassen. Jeder Kanal ist von allen übrigen getrennt. Alle Verstellorgane nehmen die von der Taumelscheibe übertragene Kraft auf. Sie sind so dimensioniert, daß jeweils drei zur gesamten Kraftübertragung ausreichen.

Gemäß Erfindung sind die Hubschrauber-Rotorblätter über mehr als drei an eine Taumelscheibe angeschlossene Kanäle gesteuert. Hydraulische Verstellorgane sind zwischen jeden der Steuerpunkte und ein Getriebe geschaltet. Ein elektrischer Generator wird unmittelbar bei der Drehung des Rotors vom Getriebe angetrieben. Während der Drehung des Rotors erfolgt über das Getriebe außerdem ein unmittelbarer Antrieb einer Hydraulikpumpe. Hydraulikleitungen führen von der Hydraulikpumpe zum Verstellorgan, während elektrische Leitungen an den Generator angeschlossen sind. Getrennte Steuerkanäle führen von der Steuerung des Piloten zu jedem der Verstellorgane, wodurch die vom Piloten gegebenen Steuerbewegungen in Ab-

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hängigkeit von den Steuersignalen auf die Taumelscheibe übertragbar sind. Gemäß Erfindung steuern drei aktive Verstellorgane die Taumelscheibe in Abhängigkeit von statischen Belastungen, während beim Ansprechen einer Fehlerlogik ein weiteres Verstellorgan zugeschaltet wird, wenn eines der drei aktiven Verstellorgane ausfällt. Alle Verstellorgane sind mit unterschiedlichen Taumelscheibenbelastungen funktionsfähig.

Die Erfindung schafft somit eine Steuerung für mehr als drei zu einer Taumelscheibe führende Kanäle sowie zur Lastaufteilung zwischen diesen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine Ausführung der Erfindung;

Figur 2 einen Schnitt durch ein Getriebe unter Darstellung der Leistungszufuhr zu einem Verstellorgan;

Figur 3 eine integrierte Versorgungseinheit für ein Verstellorgan;

Figur 4 eine andere Ausführung einer integrierten Versorgungseinheit;

Figur 5 eine schematische Darstellung der Hydraulikschaltung für jedes einzelne Verstellorgan;

Figur 6 einen optischen Sensor;

Figur 7 ein elektronisches Interface für das Verstellorgan 11;

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Figur 8 eine elektronische Schaltung für eine Servoschleife;

Figuren

9 u d 1O ^ei^ne Aufzeichnungs- und Abschalt-Logik; und

Figur 11 elektrische Versorgungs- und Regeleinheiten·

Figur 1 zeigt eine Taumelscheibe 10, deren Neigung durch drei bis fünf elektrohydraulische Verstellorgane 11-15 steuerbar ist. Die Verstellorgane 11-15 sind mechanisch an ein Hauptgetriebe 16 angeschlossen. In der dargestellten Ausführung sind die Verstellorgane 11-15 gleichmäßig um das Hauptgetriebe verteilt. Wie weiter unten beschrieben ist, sitzt das Verstellorgan 11 auf dem Getriebe 16 und weist eine Gruppe von Steuerventilen in einem Gehäuse 11a sowie einen hydraulischen Verstellzylinder 11b auf. Eine Kolbenstange 11c ist über ein Gestänge 11d an einem Schwenkpunkt 11e der Taumelscheibe 10 befestigt. Dies gilt auch für alle anderen Verstellorgane 12-15.

Das Getriebe 16 weist einen Zahnkranz 16a auf, der mit dem nicht dargestellten Mast gekoppelt und vom Getriebe 16 angetrieben ist.

Jedes der Verstellorgane 11-15 besitzt eine getrennte elektrische Stromversorgung sowie eine getrennte Hydraulikquelle. Insbesondere besitzt das erste Verstellorgan 11 einen ersten elektrischen Generator 21 und eine erste Hydraulikpumpe 31. Das zweite Verstellorgan 12 ist mit einem zweiten, nicht dargestellten Generator und einer zweiten Hydraulikpumpe 32 ver-

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sehen. Das dritte Verstellorgan 13 weist einen dritten Generator 23 und eine dritte Hydraulikpumpe 33 auf. Das vierte Verstellorgan 14 besitzt einen vierten Generator 24 und eine vierte Hydraulikpumpe 34. Das fünfte Verstellorgan 15 ist wiederum mit einem fünften Generator 25 und einer fünften Hydraulikpumpe 35 versehen. Jede dieser Versorgungseinheiten weist somit einen elektrischen Generator und eine Hydraulikpumpe auf und wird durch kraftschlüssige Kopplung mit dem Zahnkranz 16a vom Getriebe 16 angetrieben. Jedes Verstellorgan besitzt somit eine eigene Stromquelle und eine eigene Hydraulikquelle. Die Verstellorgane werden über von der Bewegung des Blattverstellhebels 40 und des Steuerknüppels 41 abgeleitete Signale gesteuert. In Figur 1 ist jeweils nur ein Kanal vom Blattverstellhebel 40 und vom Steuerknüppel 41 dargestellt. Ein Sensor 42 spricht auf die über den Blattverstellhebel 40 eingegebenen Steuerbefehle an. In einer bevorzugten Ausführung ist der Sensor 42 ein optischer Sensor, der einen Blattverstellbefehl über einen Fiberoptikkanal 43 in ein Steuergerät 44 leitet. Dieses steuert daraufhin das dritte Verstellorgan 13 an. Identische Steuerbefehle werden über nicht dargestellte vier andere Blattverstellsensoren in das Steuergerät eingegeben und zu den vier anderen Verstellorganen übertragen.

Auch der Steuerknüppel 41 ist über fünf Kanäle und fünf Sensoren an das Steuergerät 44 angeschlossen, wobei aus Gründen

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der einfacheren Darstellung lediglich ein Kanal dargestellt ist. Der Sensor 46 überträgt wiederum über einen Faseroptikkanal 47 Steuerbefehle in das Steuergerät 44. Die Sensoren sind um den Steuerknüppel 41 ähnlich angeordnet, wie die Verstellorgane 11-15 geometrisch um die Taumelscheibe 10 angeordnet sind. Die Betätigung der Taumelscheibe erfolgt somit entsprechend der Bewegung des Steuerknüppels 41.

Im folgenden wird die Steuerung der Verstellorgane in Abhängigkeit von den kollektiven und den zyklischen Blattsteuerbefehlen beschrieben. Erfindungsgemäß ist eine Steuerredundanz für die Verstellorgane der Taumelscheibe 10 vorgesehen und es wird jedes der Verstellorgane getrennt angesteuert und versorgt. Die Verstellkanäle sind voneinander unabhängig mit Ausnahme einer Fehlerlogik, die das Zusammenwirken der Verstellorgane steuert.

Jeder der möglichen Angriffspunkte der Taumelscheibe 1O wird von einem völlig unabhängigen Kanal angesteuert. Jeder Kanal beginnt am Blattverstellhebel bzw. am Steuerknüppel, wo jeweils ein Sensor vorgesehen ist. Die Steuerbefehlsübertragung erfolgt über Faseroptikverbindungen. Die optischen Signale werden vorzugsweise in Form von digitalen Signalen in die Elektronikeinheiten übertragen, in denen sie in elektrische Analogsignale umgewandelt werden. Jede Elektronikeinheit steuert dann ein Verstellorgan, das einen Teil einer inte-

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grierten Verstelleinheit bildet. Das Verstellorgan wird deswegen als integrierte Verstelleinheit bezeichnet/ weil es bis auf die Pumpe ein abgeschlossenes hydraulisches System darstellt. Jede Einheit wird elektrisch und hydraulisch von einer dafür vorgesehenen elektrohydraulischen Versorgungseinheit gespeist. Jede Versorgungseinheit wird von einer getrennten Stelle am Hauptgetriebe angetrieben. Die Versorgungseinheit schließt den zwischen die Hydraulikpumpe und den Getriebeabgriff geschalteten Generator ein. Jeder Kanal umfaßt somit eine unabhängige Signalerzeugung und -übertragung einschließlich der Krafterzeugung für die Steuerbewegungen.

Figur 2 zeigt einen Teilschnitt durch das Getriebe 16, an dem die Verstellorgane, Generatoren und Hydraulikpumpen angebracht sind. In dieser Darstellung besitzt das erste Verstellorgan 11 einen Montageflansch 11g, der an den Stellen 11h und 11 j mit einem Arm 16b des Getriebes 16 befestigt ist.

Ein Getriebegehäuse 16c, zu dem der Arm 16b gehört, ist mit Hilfe von Bolzen 16d an einem Gehäuse 16e befestigt. Das Getriebegehäuse 16c trägt eine Montageplatte 16f, durch die sich eine öffnung 16g erstreckt. Der Mast 50 ragt durch diese öffnung 16g. Er ist von Lagern abgestützt und von einem nicht dargestellten Antrieb angetrieben, wobei die Antriebs-

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Verbindung über eine Keilverbindung 51 erfolgt. Der Antrieb für den Mast 50 umfaßt einen Antriebsring 52, auf dem der Zahnkranz 16a sitzt. Der erste Generator 21 und die erste Hydraulikpumpe 31 sind auf der Montageplatte 16f montiert, wobei eine Generatorwelle 21a von einer koaxialen Welle 16h getrieben wird. Die Welle 16h ist im Getriebegehäuse 16c in Lagern gelagert und kämmt mit dem Zahnkranz 16a. Der Zahnkranz 16a ist mit dem Mast 50 gekoppelt und dreht sich mit diesem, so daß bei Mastdrehbewegungen vom Generator 21 Strom und von der Hydraulikpumpe 31 Hydraulikleistung abnehmbar sind. Über bekannte Verbindungen werden Strom vom Generator 21 und Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe 31 zu dem ersten Verstellorgan 11 geführt.

Figur 3 zeigt eine Ausführung einer integrierten Generator/ Pumpen-Einheit. Ein Gehäuse 60 weist einen Flansch 61 zur Befestigung am Getriebegehäuse 16c (Figur 2) auf. Die Einheit umfaßt die Generatorwelle 21a, auf die eine rotierende Schale 21b aufgekeilt ist. Die Schale besitzt einen Rand mit einer Anzahl von Magneten 21c, vorzugsweise Magnete aus Samarium-Kobalt. Im Gehäuse 60 ist ein Innengehäuse 62 mit einer Kolbenpumpe bekannter Bauart untergebracht, die in der vorliegenden Ausführung in die Schale 21b paßt. Am Umfang des Innengehäuses 62 sind feststehende Ankerwicklungen angebracht, von denen Ausgangsleitungen 63 abgehen. Auslaßöffnungen 64 und 65 führen aus dem Innengehäuse 62 nach außen, so daß eine

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integrierte Pumpen/Generatoreinheit für die Vorrichtung gemäß Figur 2 geschaffen ist.

Figur 4 zeigt eine andere Ausführung der integrierten Pumpen/ Generatoreinheit. In dieser Ausführung weist der Generator eine schalenförmige Pumpenhalterung 70 auf, durch die sich eine Hohlwelle 71 erstreckt. Die Hohlwelle 71 ist in einem Lager 72 im unteren Ende bzw. im Boden der Pumpenhalterung 70 gelagert. Die Pumpenhalterung 70 ist an ihrer Oberseite durch einen Deckel 73 mit eingesetztem Lager 74 verschlossen, wobei das Lager 74 das obere Ende der Hohlwelle 71 lagert. Das untere Ende der Hohlwelle 71 trägt ein Ritzel, das mit einem Zahnrad 75 kämmt. Das Zahnrad 75 entspricht in einer Ausführung dem Zahnkranz 16a gemäß den Figuren 1 ui.d 2. Entlang der Hohlwelle 71 sind eine Anzahl von Samarium-Kobaltmagnete 76 verteilt. An der Innenwand der Halterung 70 sind Feldwicklungen 77 untergebracht, so daß bei sich drehender Hohlwelle 71 und rotierenden Magneten 76 Strom in den Feldwicklungen 77 erzeugt wird.

Auf dem Deckel 73 ist durch nicht dargestellte, sich durch einen Flansch 81 erstreckende Bolzen eine Pumpe 80 für Hydraulikfluid montiert. Die Antriebswelle 82 der Pumpe 80 ist mit dem oberen Ende der Hohlwelle 71 verkeilt.

Es ist klar, daß unterschiedlich aufgebaute integrierte Versorgungseinheiten verwendbar sind. Erfindungsgemäß müssen je-

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doch in jedem Fall mindestens vier integrierte Verstelleinheiten vorgesehen sein, wobei jede eine eigene integrierte Versorgungseinheit aufweist.

Eine Schwierigkeit bei dem Zusammenschalten mehrerer Verstellorgane für eine gemeinsame Kraftübertragung liegt in der gleichmäßigen Kraftverteilung, wobei eine Vorrangigkeit einzelner Verstellorgane in jedem Fall vermieden sein muß. Wird nämlich eines der Verstellorgane vorrangig gesteuert, dann wird die Servowirkung schlechter. Außerdem sind die übrigen Verstellorgane dann träger und sprechen schlechter an. Um eine derartige Vorrangigkeit zwischen den einzelnen Verstellorganen auszuschalten oder zu minimieren, werden gemäß Erfindung hauptsächlich lediglich drei Verstellorgane zur Zeit zur Steuerung der Taumelscheibe herangezogen, wobei für jedes weitere angeschaltete Verstellorgan die Kraftabgabe durch Differentialdruck-Rückkopplung auf die überflüssigen Verstellorgane begrenzt wird.

Auf eine Hubschrauber-Taumelscheibe wirken zwei verschiedene Arten von Belastungen ein, nämlich 1.) eine mittlere Belastung und 2.) der mittleren Belastung überlagerte Schwingungsbelastungen.

Die hauptsächliche Schwingungsbelastung für einen zweiflügeligen Hubschrauber hat eine Frequenz von zwei je Umdrehung oder etwa

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10,8 Hz bei 324 U/min. Es gibt auch Vielfache der zwei/ Umdrehung von geringerer Amplitude, jedoch höherer Frequenz. Diese Schwingungsbelastungen sollen vorteilhafterweise auf alle Verstellorgane verteilt werden. Dies wird durch eine Druckdifferenzrückkopplung erzielt. Dabei sind die on-line Verstellorgane bei kleinen Frequenzen sehr weich, übernehmen aber ihren Teil der Schwingungsbelastungen bei zwei pro Umdrehung und mehr. Ohne Differenzdruckrückkopplung kann die Federrate einer geschlossenen Schleife größer als etwa 0,5 χ 10 je 2,5 cm gemacht werden (10 lbs./inch). Mit Differenzdruck-Rückkopplung an den redundanten Verstellorganen kann die wirksame Federrate so klein wie 540 kg/cm (2700 lbs./in.) sein. Fällt einer der aktiven Verstellorgan-Kanäle aus, dann wird eines der Hilfs-Verstellorgane durch automatisches Abschalten seiner Differenzdruck-Rückkopplung aktiviert. Fällt daraufhin ein zweiter Verstellorgan-Kanal aus, dann wird der fünfte verbleibende, redundante Verstellkanal hinzugeschaltet. Figur 9 zeigt die Schaltung für Differenzdruck-Rückkopplung einschließlich dessen Abschaltung.

Die zuvor beschriebene Anlage wird als STERN-Schaltung bezeichnet, da ein Angriff an fünf Punkten der Taumelscheibe erfolgt. Diese hat das leichtest mögliche Gewicht jeder Ausfalls-ZBetriebs-Taumelscheiben-Steuerung. Fünf einzelne Kolben-Verstellorgane bestimmen die Ebene der Taumelscheibe und bilden zwei Ausfalls-ZBetriebs-Redundanzen, wobei also sogar zwei Systeme bei Feindeinwirkung mechanisch ausfallen können. Die

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Vorrichtung schließt die Verwendung einer integrierten Hydraulikanlage der Type 41003640 ein, die von der Firma Hydraulic Research-Textron, Valencia, Kalifornien, vertrieben wird. Eine geeignete Hydraulikpumpe ist die Type 40136 der Firma ABEX. Als Generator ist ein Modell 5167 der Firma Electro Kinetics Corporation aus Santa Barbara, Kalifornien, geeignet. Optische Lagesensoren und Faseroptik-Signalübertragungsstrecken finden ebenfalls bevorzugte Anwendung. Jeder der fünf Arme der Taumelscheibe ist von einer unabhängigen Signalquelle und unabhängiger Antriebselektronik gesteuert. Jeder integrierte Verstellorgan-Kanal ist von den anderen vier bis auf eine Fehlerlogikschaltung getrennt, die allen Kanälen gemeinsam ist. Im Normalbetrieb werden alle fünf integrierten Verstelleinheiten zur gleichmäßigen Unterstützung und damit Lastaufnahme der Taumelscheibe herangezogen. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung aber auch bei zwei Ausfällen noch funktionsgerecht arbeiten soll, sind die Verstellorgane so dimensioniert, daß jeweils drei die gleichmäßigen Belastungen und die Schwingungsbelastungen aufzunehmen vermögen. Durch aktive on-line Abtastung wird gemäß Erfindung eine Verschlechterung der Steuerwirkung verhindert, die aus einer Anhäufung kleiner Differenzen der Verstärkungsfaktoren, der Schwellwerte und der Linearitäten zwischen den parallelen Steuerwegen hervorgehen können.

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Im Gegensatz zu bekannten Steuerungen (beispielsweise fly-bywire) macht die erfindungsgemäße STERN-Flugsteuerung davon Gebrauch, daß drei Punkte eine Ebene aufspannen. Da die räumliche Ausrichtung des festen Ringes einer Rotor-Taumelscheibe die Steuerbefehle für die Längssteuerung, die Quersteuerung und Blattverstellung liefert, hat eine fünfarmige Taumelscheibe zwei Ausfalls-/Betriebs-Redundanzen mechanischer Art. Durch Steuerung jedes Armes der fünfarmigen Taumelscheibe durch einen unabhängigen, selbständigen Kanal, ist eine zweifache Ausfalls-Betriebssicherheit gewährleistet. Figur 1 zeigt diese STERN-Schaltung. Die vom Steuerknüppel abgegebenen Signale werden so angeordnet, daß keine Signalvermischung zwischen den einzelnen Kanälen erfolgt. Die Grundsteuerfunktionen werden ohne mechanische Steuerstangen, Hebelübersetzungen oder andere mechanische Teile erzielt, die sonst in Hubschraubersteuerungen üblich sind.

Die STERN-Schaltung verwendet fünf elektronische Kanäle, welche die fünf integrierten Verstelleinheiten (IAP) 11-15 steuert. Sie sind zusammen mit einem Gehäuse am Umfang des oberen Getriebegehäuses befestigt. Die fünf kleinen Pumpen/ Generatoreinheiten werden vom Zahnkranz 16a im Oberteil des Getriebes angetrieben. Jede der Pumpe fördert Fluid lediglich zu einer Verstelleinheit und jeder Generator liefert nur Strom für einen einzigen elektrischen Kanal. Zusätzlich zu den fünf Antriebsabgriffen ist ein weiterer Abgriff für eine hydraulische Hilfseinheit mit Motor und Pumpe vorgesehen, die zur

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Bodenüberprüfung dient. Erreicht wird dies durch eine Knüppelkupplung 16p, die zwischen dem Zahnkranz 16a und dem Mast 50 angeordnet ist. Dies gestattet ein Zurücklaufen des Zahnkranzes 16a gegenüber dem Mast 50. Figur 2 zeigt diesen Aufbau.

Fünf einzelne Sensoren jeweils für den Blattverstellhebel 40 und den Steuerknüppel 41 liefern Signaleingaben an elektrische Kanäle, die wiederum die Verstellorgane 11-15 ansteuern. In jedem der Verstellorgane sind ein zweistufiges, elektrohydraulisches Servoventil und ein Betätigungskolben vorgesehen. Jeder Kanal besitzt eine Selbstanzeige aufgrund der Verschiebung des Verstellorgans, der Verschiebung der Servoventilspindel und aufgrund der Differenzdruckinformation, wobei jeder Kanal zusätzlich abschaltbar bzw. überbrückbar ist und gleichzeitig eine minimale Zwischenkanal-Fehleranzeige und -Ausgleich besitzt. Figur 1 zeigt somit nur einen einzigen Kanal der STERN-Schaltung.

Jedes der Verstellorgane 11-15 bildet einen Teil einer integrierten Verstelleinheit, die eine vollkommen unabhängige Hydraulikanlage mit Ausnahme der Fördermengen veränderbaren Pumpen 21-25 darstellt. Jedes Verstellorgan ist so ausgelegt,

2 daß es in einer Hydraulikanlage der Type II, Klasse 210 kg/cm einsetzbar ist. Jedes Verstellorgan weist einen Kolben mit zu gehörigem Gehäuse, Druck- und Rücklauffilter, Tank, verschie dene Rückschlagventile und Druckbegrenzungsventile sowie eine elektrohydraulische Steuereinheit auf. Die Steuereinheit be-

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steht aus einem zweistufigen, elektrohydraulischen Servoventil (EHSV), einem elektrisch aktivierten Magnetventil zur Steuerung eines durch Druck gesteuerten Kolben-Uberbrückungsventils, einen Sensor zur Feststellung der Lage des Spindelventils im Servoventil und einen Differenzdruckwandler.

Figur 5 zeigt die Hydraulikschaltung für das erste Verstellorgan 11. Ein Druckbegrenzungs-Hauptventil 85 wird vom Steuerdruck von einem Magnetventil 86 freigegeben. Ist das Verstellorgan 11 durch Abschalten der Spannung an der Magnetventilwicklung 87 deaktiviert, dann wird der Kolben in die HilfsStellung gebracht und der Magnetventilsteuerdruck in die Rückführleitung geleitet. Bei aktiviertem Verstellorgan 11 wird der Magnetventil-Steuerdruck an die Druckleitung angeschlossen und das Druckbegrenzungsventil 85 wird deaktiviert, so daß der gesamte Pumpendruck im Druckkreis vorliegt.

Bei aktiviertem Magnetventil 86 wird das Druckfluid zu einem Umleitungsabsperrventil 88 geleitet, das dann an das erste Verstellorgan 11 angeschlossen ist. Im Umleitungsbetrieb sind die elektrohydraulischen Steuerteile vom Umleitungsabsperrventil gesperrt und die Verstellorgan-Steuerleitungen sind auf Rückführung geschaltet.

Die vorzugsweise verwendeten Verstellorgane erfüllen die nachstehenden Anforderungen:

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Strom mA + 8 bei Belastung 3200 in 2,5 cm/Sek. 6,4 - 0,64

Ausgangshub in cm χ 2,5 +3,55

Schwellwert (Spitze-Spitze), mA max. 0,08

Stall Force, lbs. min. 4750

Internal Leakage, gpm. max. 0,25

Null Bias, ma max. O,24

Freq. Response (unloaded) ^>35 Hz

Engage Time, sec. max. 0,5

Disengage Time, sec. max. 0,07

Durch elektromagnetische Einwirkungen sowie durch Blitze erzeugte elektromagnetische Impulse sind für jede verkabelte Steuerung Störquellen. Hingegen sind Faseroptiken gegenüber elektromagnetischen und elektrostatischen Feldern immun, wobei sie zusätzliche Vorteile gegenüber metallischen Signalleitern aufweisen. Lagesensoren, die nicht nach elektromagnetischen Prinzipen arbeiten, weisen ebenfalls Vorteile auf. Figur 6 zeigt einen optischen Sensor als Lagecodierer gemäß Figur 1. Der Codierer 42 verwendet eine 10-bit optische Graucodemaske zur Parallelcodierung der Steuerbefehle des Piloten. Nach einer Parallel/Serienumwandlung wird eine Lichtemittierende Diode 42a gepulst, um das codierte Signal über einen Faseroptikleiter 43 in eine Steuerelektronik zu leiten. Ein in der Steuerelektronik vorgesehener optischer Decodierer wandelt diese Signale in Analogsignale zur Steuerung des Ver-

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stellventil-Treibstromes um.

Figur 7 zeigt ein Blockschaltbild der Elektronikschaltung für das erste Verstellorgan 11. Die Eingangs- und Ausgangsdaten für die Elektronikeinheit sind digital codiert und werden über Lichtleiterverbindungen übertragen. Digitale Eingangsbefehle werden an eine Servoschleife 90 gelegt, deren Ausrgangssignal an ein elektrohydraulisches Servoventil 91 geführt ist. Durch einen linearen variablen Differenzwandler erhält man Information über die Lage des Hauptkolbens. Ein Druckfühler 93 liefert ebenfalls Eingangsdaten an die Servoschleife. Der Ausgang der Servoschleife ist über eine Verbindung 94 mit einer Anzeige- und Absperreinheit 95 verbunden. Ein linearer, variabler Differenzwandler 96 (LVTD) mit Spindel ist an die Absperreinheit 95 angeschlossen. Die Einheit 95 betätigt auch ein Magnetventil 97 des Verstellorgans 11.

Andere Kanäle sind über die Verbindung 98 mit der Absperreinheit 95 verbunden. Ein Kanal 99 der Absperreinheit 95 führt zu den anderen Kanälen sowie zu einer Anzeige für den Piloten. Eine Regelungs-, Schwingungs- und Pulseinheit 100 ist mit der Absperreinheit 95 zusammengeschaltet.

Jeder der Kanäle weist eine Servoschleife gemäß Figur 8 auf. Lagebefehle werden durch zwei getrennte Faseroptikempfänger 101 und 102 decodiert und in Treiberverstärkern 103 und 104 mit der Verstellorgan-Lageinformation zur Erzeugung eines

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elektrischen Steuerbefehls für das Verstellorgan 11 verglichen. Zahlreiche Signalabschnitte werden aufgezeichnet, um den Betriebs- oder Fehlerzustand aufzuzeigen.

Zwei der fünf Kanäle sind mit einer gefilterten Differenzdruck-Rückkopplung 105 versehen, um einen andauernden Zwangsbetrieb auszuschalten, der sonst aus dem gegenseitigen Kanalfehlabgleich wegen der Ansammlung kleiner Differenzen in Verstärkungsfaktor, Schwellwert und Linearität auftreten würde. Durch Verwendung einer gefilterten Rückkopplung werden die Verstellorgane 11-15 nicht daran gehindert, auf zwei Lastwechsel je Umdrehung oder auf schnelle Steuerbefehle anzusprechen. Übergeordnete Kanallogik (ICL) 106 hat diesen Rückkopplungspfad steuernde Signale, die über Lichtleiter übertragen werden und in den Figuren 9 und 1O dargestellt sind.

Die STERN-Schaltung arbeitet selbst bei feindlicher Geschoßeinwirkung hervorragend zuverlässig.

Jeder Kanal weist eine Selbstanzeige auf, mit der ein Kanalfehler feststellbar ist. Ist ein Fehler festgestellt worden, dann schaltet eine Abschaltlogik das zugehörige Verstellorgan in einen Umleitungszustand und es wird ein Zustandsbefehl sowohl an die Cockpit-Anzeige als auch an die anderen Kanäle gemäß Figur 10 geleitet. Die Selbstanzeige ist durch vier

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verschiedene Anzeigeschaltungen erzielt. Ein erster Monitor
110 vergleicht die Ausgabe von doppelten Faseroptikempfängern zur Feststellung eines Steuerknüppelfehlers und/oder zu
Faseroptikfehlern. Ein zweiter Monitor 111 vergleicht die
Ausgabe eines Servoventilmodells mit der Ausgabe vom Servoventil-Spindel-LVDT zur Feststellung von Fehlern in der
Hydraulikanlage. Ein dritter Monitor 112 liefert eine Selbstüberprüfung der Verstellorgan-Kolbenstellung des LVDT. Ein
vierter Monitor 113 liefert eine Selbstüberprüfung einer
Pulsierschaltung, mit deren Hilfe die einzelnen LVDT-Sensorausgaben demodulierbar sind.

Jeder Kanal erhält elektrische Energie von einem zugehörigen
Generator, sobald die Rotordrehzahl 90 % der Leerlaufdrehzahl überschreitet. Eine automatische Reglerschaltung trennt jeden der Kanäle von der zum Anlaufen erforderlichen Hubschrauberbatterie. Mit Hilfe einer Festkörperschaltung werden eine
15 Volt und eine 7,5 Volt Gleichspannung zur Spannungsversorgung verschiedener Halbleiterlagesensoren erzeugt. Figur
11 zeigt ein diesbezügliches Blockschaltbild. Zwischen dem
Steuerknüppel und dem Rotor gibt es keine mechanische Verbindung. Es gibt daher auch keine Abhängigkeit von Steuerknüppellage- und Rotorstellung, wenn die Steueranlage deaktiviert ist. Gravitationskräfte ziehen die Taumelscheibe und die Blattverstellhörner in eine bestimmte Lage. Beim Anlaufen ist es
wichtig, möglichst schnell eine elektrohydraulische Steuerung

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vorliegen zu haben, ehe sich der Rotor zu weit bewegt und/ oder zuviel Geschwindigkeit aufgenommen hat.

Während des Anlaufens erfolgt die Steuerung folgendermaßen: Es wird Strom an die elektronischen Steuereinrichtungen gelegt. Sobald eine Überprüfung der elektrischen Anlage deren Funktionsbereitschaft anzeigt, kann der Motor anlaufen. Vom elektrohydraulischen Servoventil wird ein elektrisches Signal erzeugt, welches darauf zurückzuführen ist, daß die Lage der Verstellorgane nicht mit der Steuerknüppelstellung übereinstimmt. Mit zunehmender Drehzahlaufnahme des Rotors können die Hydraulikpumpen Druckfluid in zunehmendem Maße liefern. Die Verstellorgane sprechen nun auf das Servoventilsignal an. Der Verstellorgankolben wird nun in eine Stellung gebracht, die der Steuerknüppelstellung entspricht. Die Strömungsanforderungen sind nun erfüllt und es baut sich schnell ein Druck auf, der den Rotor für die restliche Zeit, die zur Erzielung der vollen Umdrehungszahl erforderlich ist, in unverkipptem Zustand hält.

Prüfversuche haben ergeben, daß innerhalb von sieben Sekunden die Rotorstellung mit den Steuerbefehlen synchronisierbar ist. In dieser Zeit hat der Rotor 1 1/2 Umdrehungen gemacht und die Rotorgeschwindigkeit beträgt 25 Umdrehungen pro Minute.

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Claims

Ansprüche

1.) Taumelscheiben-Steuerung für einen Hubschrauberrotor, dessen Mast von einem Getriebe angetrieben ist und eine Taumelscheibe aufweist, die über Einzelverbindungen an Blattverstellhörner der Rotorblätter angeschlossen ist und mindestens drei angeschlossene Verstellorgane zur Lagesteuerung der Taumelscheibe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß vier oder mehr Verstellorgane (11-15) mit je einer vom Getriebe (16) unabhängig angetriebenen Versorgungseinheit (21; 31-25; 35) für jedes der Verstellorgane (11-15) vorgesehen sind und daß eine Umschalteinrichtung zur übertragung der Steuerung der Taumelscheibe (10) von einem der drei Verstellorgane (z. B. 11, 13, 15) auf ein viertes Verstellorgan (z. B. 14) bei Ausfall eines der ersten drei Verstellorgane dient.

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ORlGMAL INSPECTED

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verstellorgan (11-15) von einem eigenen Steuerbefehlssensor (42, 46) angesteuert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Verstellorgane (11-15) von einem eigenen Blattverstellhebelsensor (42) und einem eigenen Steuerknüppelsensor (46) angesteuert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zu einem Verstellorgan (11-15) gehörende Sensor (42; 46) von der zu dem betreffenden Verstellorgan gehörenden Versorgungseinheit angesteuert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragung von den Sensoren (42; 46) zu den Verstellorganen (11-15) durch Lichtleiter erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch an jedes der Verstellorgane (11-15) angeschlossene Lagefühler zur Feststellung der jeweiligen Stellung seines zugehörigen Verstellorgans (11-15).

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