DE3046961A1

DE3046961A1 - Mehrfunktions-stellvorrichtung fuer luftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3046961A1
Application number: DE19803046961
Authority: DE
Inventors: Kenneth Lee 85021 Phoenix Ariz. Oliver
Original assignee: Sperry Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1979-12-13
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1981-09-03
Also published as: JPH0228517B2; JPS56128300A

Description

Mehrfunktions-Stellvorrichtung für Luftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sicn auf eine Mehrfunktions-Stellvorrichtung für Luftfahrzeuge, insbesondere für Hubschrauber.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Verbesserungen von Reihenstellantrieben mit Trim- und Steuerdruck-Stellgliedern sowie Kombinationen davon, wie sie allgemein in der britischen Patentschrift ... (britische Patentanmeldung 79.17 639) beschrieben sind.
Bisher umfaßte die Installation eines automatischen Stabilitätsvergrößerungssystems (SAS) und/oder eines automatischen Flugsteuersystems (AFCS) als ursprngliche oder nachträgliche Luftfahrzeugausrüstung, insbesondere bei Hubsehraubern, normalerweise eine Anzahl von getrennten Bauteilen, die üblicherweise an getrennten und geeigneten Punkten in dem Steuergestänge angeordnet waren (wie dies schematisch in Figur 1 der Zeichnung dargestellt ist). Diese Bauteile schließen einen Reihen-Stellantrieb, der üblicherweise in einer Steuerstange zur Vergrößerung oder Verkleinerung seiner Länge entsprechend einem elektrischem Befehl von. dem SAS- oder AFCS-Rechner angeordnet war, automatische und manualle Stellbereichs Begrenzungsanschläge, Steuerknüppel-Positionswandler, einen künstlichen Steuerdruck-Federmechanismus mit Rastschaltern und eine manuelle undSoder automatische Trimm-Stelleinrichtung und einen Bremsmechanismus oder dergleichen ein. 3eim nachträglichen Einbau derartiger Stellvorrichtungen und der zugehörigen Bauteile war die Installation, insbesondere bei Hubschraubern, schwieriger, und erfordert kostspieliger und zeitraubende Modifikationen der vorhandenen manuellen Flugsteuereinrichtungen und Cestängesysteme. Weil die oben genannte Bauteile typischerweise für jede Steuerachse erforderlich sind, ist sowohl die ursprüngliche Installation als auch der nachtr§gliche einbau von SAS- und/oder AFCS-Systemen äußerst schwierig und zeitraubend, so daß sich nicht nur eine Vergrößerung des Gesamtgewichtes des Luftfahrzeues sondern auch eine Vergrerung der Gesamten Haltungskosten im Hinblick auf die vergrößerten .fartungs- und Ersatzteilkosten ergibt.
Servo-Stellantriebe für Luftfahrzeuge lassen sich grundsätzlich in zwei Typen unterteilen, nämlich in Stellantriebe mit Reihenanlenkung und mit Parallelanlenkung, wobei diese beiden Arten von Stellantrieben in der Technik der automatischen Steuerung von Luftfahrzeugen gut bekannt sind. Der parallel angelenkte Stellantrieb ist fest an der Luft fahrzeugzelle befestigt oder mit dieser verschraubt, so daß er verglichen mit Üblichen Stellantrieben mit Reihenanlenkung nur wenig durch starke äußere Schwingungen beeinflußt wird.
Ein Stellantrieb mit paralleler Anlenkung ist normalerweise der Stellantrieb für den Autopiloten, dessen Bewegung sowohl an der Steuerfläche als auch am Steuerknüppel wiedergegeben wird. Ein Stellantrieb mit Serienanlenkung ist jedoch normalerweise nicht an der Luftfahrzeugzelle befestigt sondern in die Steuergestänge oder Schubstangenanordnungen zwischen dem Steuerknüppel und der Steuerfläche eingekoppelt, so daß ein derartiger Reihen-Stellantrieb schwimmend oder nicht festgelegt ist und daher in nachteiligerweise durch starke äußere Schwingungen beeinflußt wird, wie sie blicherweise bei einem Hubschrauber auftreten. Die Reihen-Servobewegung bewegt nicht den Steuerknüppel und weist normalerweise einen begrenzten Stellbereich für die Steuerfläche auf. Weiterhin ist, wie dies erwähnt wurde, der Reihen-Stellantrieb üblicherweise in den Steuer-SchubstaSgeW, wodurch insbesondere bei einem nachträglichen Aufbau die Eigenresonanzen derartiger Schubstangen gegenüber örtlichen Schwingungen geändert werden, wie sie beispielsweise durch den Tragrotor hervorgerufen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Mehrfunktions-Stellvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen die bei kompakten raumsparenden Aufbau eine einfache Installa tion und eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Schwingungen aufweist, so daß die vorstehend genannten Probleme beseitigt werden.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bzw.
4 angegebene Erfindung geldst.
Vorteilhafte Aus gestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Mehrfunktions-Stellvorrichtung weist in ihrer bevorzugten Ausführungsform die Form einer elektromechanischen Stellvorrichtung auf, die insbesondere für Hubschrauber geeignet ist (jedoch nicht auf diese beschränkt ist) und die mehrfachen Funktionen eines Reihen-Servostell--antriebes (einzeln oder dual), eines Trimm-Servostellantriebs, eines künstlichen Steuerdruckelementes, einer Reihen-Servopositionsmessung, einer Steuerknüppel-Positionsmessung und einer manuellen und automatischen Stellbereichs-Begrenzung ergibt, wobei die Einheit oder die Einheiten fest an der Luftfahrzeugzelle befestigt sind, so daß die ursprüngliche und/oder nachträgliche Installation und Wartung sowie die Reparatur wesentlich vereinfacht wird und der Einfluß von Fahrzeugschwingungen sehr gering ist.
Im einzelnen weist die bevorzugte Stellvorrichtung ein oder zwei einstückige Gehäuse auf, die mit der Luftfahrzeugzelle verschraubbar sind und äußere Gestänge aufweisen, die mit dem Steuerknüppel und der zugehörigen Steuerfläche oder Taumelscheibe oder dem zugehörigen Kraftverstärker hierfür gekoppelt sind. Diese Gestänge sind weiterhin mit elementen in dem Gehäuse oder den Gehäusen verbunden, um ihre Bewegungen und damit die Bewegungen der Steuerfläche und des Steuerknüppels zu steuern. Das mit dem Steuerknüppel gekoppelte äsere Gestänge ist intern mit Steuerknüppelpositionsmeßfühlern, einem künstlichen Steuerdruckelement, über einnnichtumkehrbaren Antrieb mit einem Servomotor, n ni und mit einem\magnetischen Kupplungs- und Dämpfungsmechanismus verbunden, während das äußere, mit der Steuerfläche (oder dem Kraftverstärker) verbundene Gestänge intern über einen nichtumkehrbaren Antrieb mit einem einzigen Seriensrvomotor oder über nichtumkehrbare Antriebe und ein Differential mit &ualen Serienservomotoren und mit ist Serienservo-Positionsmeßfühlern verbundene Das letztere Gestänge schließt ein Reihen-Servogestänge und ein Differentialgestänge ein, das zwischen der Steuerfläche, dem Reihen-Servogestänge und dem Steuerknüppelgetänge eingekoppelt ist und eine direkte Betätigung der Steuerfläche über den Reihen-Servoantrieb und/oder über den Steuerknüppel ermöglicht, und zwar auf Grund des nichtumkehrbaren Reihen-Servoantriebs.
Mit dem Differentialgestänge und dem Reihen-Servogestänge sind weiterhin einen speziellen Umriß aufweisende mechanische Anschläge zur Begrenzung des Stellbereichs des Reihen-;ervoantriebs auf einen vorgegebenen Wert sowie des Steuerknüppels auf einen vorgegebenen konstanten Wert unabhängig von der Position des Reihen-Servogestänges verbunden. Das Anschlagelement ist eine einstückige Anordnung, die entfernbar an der Außenoberfläche des Gehäuses befestigt ist, so daß in zweckmäßiger Weise Anschlagelemente mit unterschiedlichen vorgegebenen Umrissen in Abhängigkeit von den Stellbereichsbegrenzungseigenschaften des speziellen Luftfahrzeuges vorgesehen werden könnten, in dem die Stellvorrichtung installiert werden soll.
Bei denjenigen Anwendungen, bei denen ein genügender Raum zur Verfügung steht, können die vorstehend beschriebenen Elemente alle in einem einzigen einstückigen Gehäuse angeordnet sein. Wenn dies aus Raumgründen nicht möglich ist können der Serien-Stellantrieb und das Trimm-/Steuerdruck-Stellglied in getrennten Gehäusen angeordnet sein, die miteinander verbundene Gestängemechanismen aufweisen. Alternativ können, wenn genügend Raum zur Verfügung steht, die letztgenannten beiden Gehäuse einstückig miteinander verbunden werden, um eine einstückige Einheit zu bilden.
Selbstverständlich können die beiden durch Gestänge verbundenen Einheiten an der Luftfahrzeugzelle benachbart zueinanaer oder sehr nahe aneinander befestigt sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen: Figur 1 (bereits erläutert) eine schematische Darstellung einer typischen bekannten Installation von Reihen-und Steuerdruck-/Trimm-Stellantrieben sowie der zugehörigen Bauteile, die normalerweise für einen mit SAS- und/oder AFCS-Systemen ausgerüsteten Hubschrauber erforderlich sind; Figur 2a und 2b ähnliche Darstellungen einer Aus führungs form der erfindungsgemäßen Mehrfunktions-Stellvorrichtung mit starrer Befestigung; Figur 3 eine Außenansicht einer Ausführungsform der Mehr-Punktions-Stellvorrichtung in Form eines einstückigen Gehäuses, das starr an festen Bauteilen der Luftfahrzeug-Zelle-befestigt und derart angeordnet ist, daß es mit Steuer-Schubstangen verbindbar ist, die dem Steuerknüppel und der Steuerfläche oder dem Steuerflächenkraftantrieb zugeordnet sind; Figur 4 eine isometrische schematische Ansicht der Hauptbauteile, die innerhalb eines Gehäuses der Stellvorrichtung nach Figur 3 angeordnet sind; Figur 5 eine ausführliche Ansicht einer Torsionsfederbaugruppe nach Figur 4; Figur 6 und 7 ausführliche Ansichten der Stellvorrichtungs-Gestänge in den Grenzpositionen, wobei die Trennung der beiden starr befestigten Einheiten gezeigt ist, die über ein gemeinsames Gestänge miteinander Verbunden sind; Figur 8 eine schematische Darstellung eines typischen elektrischen Steuersystems zur Steuerung der verschiedenen Elemente der Stellvorrichtung.
In Figur 1 ist eine typische bekannte Installation der einzelnen Bauteile gezeigt, die normalerweise in einem mit einem SAS- oder AFCS-System ausgerüsteten Hubschrauber erforderlich sind. Es ist zu erkennen, daß die einzelnen Bauteile alle getrennt befestigt sind und normalerweise Elemente einschließen, die der automatischen oder manuellen Trimmung und der künstlichen teuerdruckerzeugung zugeordnet sind, d.h. ein Trimmmotor und eine Steuerdruckfeder. Diesen Teilen ist eine magnetische Bremse zur einstellbaren Erdung oder Festlegung eines Endes der Steuerdruckfeder zugeordnet und es sind Rastschalter zur Steuerung der SAS- oder AFCS Systeme vorgesehen. eiterhin sind für die letzteren Systeme Steuercnü?pel-Positionmeßfühler erforderlich. Eine automatische Steuerung der Taumelscheibe über das SAS- oder AFCS-System wird durch ein Serien-Stellantrieb erzielt, der in üblicher Weise als einstückiger Teil in eine Steuerstlnge eingefügt ist, die zwischen dem Steuerknlppel und dem Taumelseneiben-Kraftverstärker eingekoppelt ist. eine typische bekannte Anordnung dieser Art ist in dem US-Patent...
(US-Patentanmeldung 306 176 vom 15. Mai log78) beschrieben.
Es sind zumindestens zwei Sätze von Grenzanschlsgen erforderlich, und zwar einer zur Begrenzung des Stellbereiches der Steuerknüppelbefehle und einer zur Begrenzung des Stellbereichs der automatischen oder Serien-Servobefehle. Eine ausführliche Beschreibung der Funktion der vorstehend genannten Elemente ergibt sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Die Figuren 2a und 2b zeigen zwei typische Installationen von Aus führungs formen der starr befestigten Mehrfunktions-Stellvorrichtung. Figur 2a zeigt eine Ausführungsform der Stellvorrichtung, bei der eine einzige einstückige Struktur oder ein Gehäuse 10 starr an der Luftfahrzeugzelle befestigt ist und ein Verbindungsgestänge einschließt, wie dies ausführlich anhand der Figur 3 erläutert wird, während Figur 2b eine Ausführungsform der Stellvorrichtung in Form von zwei getrennten Gehäusen 1Oa und lOb zeigt, die an der LuStfahrzeugzelle an relativ von einander entfernten Positionen in dem Hubschrauber angeordnet sind und durch ein gemeinsames Verbindungsgestänge 29 miteinander verbunden sind, wie dies ausführlich anhand der Figuren 6 und 7 beschrieben wird.
Es ist jedoch verständlih, daß die beiden Gehäuse 10a und lOb nach Figur 2b miteinander verschraubt oder auf andere Weise einstückig verbunden sein können, um das Gehäuse 10 nach Figur 2a zu bilden, oder daß diese beiden Gehäuse alternativ benachbart zueinander mit der Luftfahrzeugzelle verschraubt sein können.
Figur 3 zeigt schaubildlich die Gesamtanordnung der bevorzugten Ausführungsform der Mehrfunktions-Stellvorrichtung in einer Installation gemäß der Ausführungsform nach Figur 2a. Die Stellvorrichtung umfaßt ein Spritzgußgehäuse 10 mit Befestigungsflanschen 11, über die das Gehäuse direkt an in geeigneter Weise gebohrten Befestigungsoberflächen 12 von starrenauteilen 13 befestigt werden kann, die einen Teil der grundlegenden Struktur des Luftfahrzeuges bilden, die in manchen Fällen als Zelle bezeichnet wird. Die Lage der Stellvorrichtung in dem Luftfahrzeug ist gemäß Figur 2a ausgewählt, so daß sich diese Stellvorrichtung in zweckmäßiger Weise benachbart zum Steuersystem befindet. Bei der dargestellten Ausführungsform schließt die Stellvorrichtung äußere Gestängebaugruppen 14 und 15 ein, von denen die Gestängebaugruppe; 14 über einen Gabelkopf 16 mit einer Schubstange 17 eines Flugsteuersystems verbunden ist, wobei diese Schubstange mit der Steuereinrichtung des Piloten gekoppelt ist, beispielsweise mit dem Steuerknüppel für die zyklische Blattverstellung gemäß Figur 2a. Die Gestängebaugruppe 15 ist über einen Gabelkopf 18 mit einer Schubstange 19 des Flugsteuersystems verbunden, und diese Schubstange ist ihrerseits mit einer Flugsteuerfläche oder, wie dies dem Fachmann bekannt ist, mit einem Servokraftverstärker verbundend der seinerseits die Steuerfläche betätigt, wie dies ebenfalls in Figur 2a gezeigt ist. Es ist selbstverständlich, daß die Stellglied-Schubstangen 17 und 19 mit entsprechenden oder equivalenten Steuerseilen verbunden sein können, die typisch für Starrflügel-Luftfahrzeugzellen sind, und diese Verbindungen können allgemein als Stellelemente bezeichnet werden.
In einem Hubschrauber werden die Nick- und Roll-Fluglagen durch Kippen des Tragrotors durch Betätigung der zyklischen Blattverstellung über den Steuerknüppel gesteuertJwährend die Gierlage durch Anderung des Schubs des Gegendrehmoment-Propellers (bei Einrotor-Hubschraubern) mit Hilfe einer Betätigung der Ruderpedale gesteuert wird. Die Vertikalbewegung des Luft fahrzeuges wird durch Steuerung des Schubes oder der Auftriebskraft des Tragrotors durch Betätigung der kollektiven Blattverstellung gesteuert. Die Mehrfunktions-Stellvorrichtung gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform kann mit einer oder allen dieser Flugs teuereinrichtungen verwendet werden. In der folgenden Beschreibunr wird der Ausdruck Steuerfläche so verwendet, daß er sich nicht nur auf alle diese Hubschrauber-Fluglagensteuermechanismen bezieht, sondern auch auf die Steuerflächen von Starrflügel-Lu tfahrzeugen.
Da Gestänge i4, das als Eingangsgestänge bezeichnet werden kann'umfaßt eine langgestreckte stabförmige Stange 25, an deren oberen Ende der Gabelkopf 16 mit Hilfe einer geeigneten Schrauben- und Mutterbefestigung 26 befestigt ist, wobei diese Befestigungseinrichtung in der folgenden Beschreibung auch als Schwenkpunkt..26 bezeichnet wird. Das untere Ende der Stange 25 ist starr an einer Welle 27 befestigt, die sich aus dem Inneren des Gehäuses durch eine Seitenwand des Gehäuses 10 hindurch erstreckt und in geeigneten Lagern gelagert ist, die schematisch mit 10' bezeichnet sind (Figur 4)..Die Stange 25 ist an der Welle 27 mit Hilfe einer geeigneten Keilverzahnung und einer Stiftverbindung 28 befestigt. An einem Punkt zwischen den Enden der Stange 25 ist schwenkbar ein Ende eines Parallelgestänges 29 befestigt, wobei diese Schwenkverbindung eine ähnliche Schrauben- und Mutterverbindung 30 ist, die ebenfalls aus noch zu erläuternden Gründen als Schwenkpunkt 30 bezeichnet wird.
Anhand der Figur 4 werden im folgenden die Elemente innerhalb des Gehäuses 10 der Stellvorrichtung beschrieben, die mit der herausragenden Welle 27 verbunden sind wobei diese Elemente insgesamt als Steuerdruck-/Trimmstellglied-Baugruppe 31 bezeichnet werden. Die Welle 27 ist mit einem Ende einer Torsionsfederbaugruppe 35 verbunden, die den künstlichen Steuerdruck für den Piloten liefert, wenn er den Steuerknüppel betätigt, weil normalerweise der Kraftverstärker nach den Figuren 1, 2a und 2b die Steuerfläche betätigt.
Das andere Ende der Federbaugruppe 35 ist in einstellbarer Weise dadurch festgelegt, daß es über ein Getriebe 36, eine magnetische Kupplung 37 und über ein nichtumkehrbares Getriebe 39 mit einem Trimmotor 38 verbunden ist. Daher ergibt das nichtunkehrbare Getriebe 39 bei abgeschaltetem Motor 38 und eingerückter Kupplung 37 eine zwangsweise Festlegung des zugeordneten Endes der Torsionsfederbaugruppe 35. Alternativ kann ein sehr hohes Untersetzungsverhältnis zwischen dem Motor 38 und der Federbaugruppe 35 vorgesehen werden, um die Festlegung des Endes der Feder zu erzielen.
Diese Konstruktion ergibt damit eine Einrichtung zur Erzielung einer normalerweise festen Bezugsposition für die Steuerdruckfeder der Baugruppe 35. Weiterhin wird über das Getriebe 36 eine übliche viskose Dämpfungsbaugruppe 40 angetrieben, deren Funktion darin besteht, ein plötzliches unkontrolliertes Abwickeln" der Torsionsfederbaugruppe 35 bei Ausrücken der Kupplung 37 in manchen Betriebsarten zu verhindern, wie dies noch näher erläutert wird. Weiterhin sind mit der Welle 27 zwei Signalgeneratoren, wie z.B. Synchros 42 und 43 über spielfreie 1-zu-1-Getriebe 41 verbunden.
Obwohl die Funktion dieser Signalgeneratoren ebenfalls weiter unten erläutert wird, ist es verständlich, daß diese Signalgeneratoren 42 und 43 elektrische Ausgangssignale liefern, die proportional zur Position des Steuerknüppels des Piloten sind.
Bei einer erneuten Betrachtung der Figur 3 ist zu erkennen, daß die Gestängebaugruppe 15, die mit der Steuerfläche verbunden ist, und daher als Ausgangsgestänge bezeichnet werden kann, etwas komplizierter istals das Eingangsgestänge 14. Das Gestänge 15 weist ein in spezieller Weise geformtes Differentialgestänge 45 sowie ein Bauteil au., das als Reihen-Servos.estänge oder einfach als Servogestnge 46 bezeichnet wird. Das Differentialgestänge 45 weist eine derartige spezielle Form auf, daß sich an seinem unteren Ende ein offener rahmenförmiger Abschnitt ergibt, der am besten als offener abgestumpft-kreissektorförmiger Abschnitt 47 bezeichnet werden kann und ein offener Rahmen derart ist, daß das kurze Servogestänge oder das Antriebsgestänge 46 in der öffnung angeordnet und im wesentlichen koplanar zu dieser beweglich ist. In der Aus führungs form nach Figur 3 mit einem einstüccigen Gehäuse sind weiterhin die Gestängebaugruppe 14 und 15 vorzugsweise im wesentlichen koplanar. Das obere Ende 48 des Differentialgestänges 45 erstreckt sich von dem unteren Abschnitt 47 und ist schwenkbar an dem Gabelkopf 18 der Steuerflächen-Schubstange schwenkbar befestigt, beispielsweise mit Hilfe geeigneter Schrauben- und Mutter-Befestigungseinrichtungen 49, die im folgenden auch als Schwenkpunkt 49 bezeichnet werden. Das obere Ende des Servoge.stänges 46 ist starr an dem Ende einer Welle 50 befestigt, die sich aus dem Inneren des Gehäuses. 10 durch eine Seitenwand heraus erstreckt, in der die Welle 50.mit Hilfe geeigneter Lager (die schematisch in Figur 4 mit 10" bezeichnet sind) gelagert ist, wobei die Befestigung des Servogestänges 46 an der Welle 50 ebenso wie bei der Welle 27 durch eine Keilverzahnung und eine Stiftverbindung 51 erfolgt. Es ist zu erkennen, daß das untere Ende des Servogestänges 46 gegabelt ist, so daß es den Mittelpunkt des unteren abgestumpften Teils 53 des Differentialgestänges 45 umgreift und an diesem Teil mit Hilfe einer Schrauben- und Mutterbefestigung 52 schwenkbar befestigt ist. Die Schrauben- und Mutter-Befestigung 52 wird im folgenden auch als Schwenkpunkt 52 bezeichnet. Zwischen dem oberen Schwenkpunkt 49 des Differentialgestänges 45 und dem unteren Schwenkpunkt 52 ist schwenkbar das Parallelgestänge 29 von der Stange 25 aus befestigt, wobei diese Schwenkbefestigung ebenfalls über eine Schrauben-und Mutter-Befestigung 54 erfolgt, die außerdem als Schwenkpunkt 54 bezeichnet wird. Es ist zu erkennen, daß bei dieser Ausführungsform die parallelen Gestängeteile 29 eine Öffnung 55 bilden, durch die hindurch sich der untere Rahmenabschnitt 47 des Differentialgestänges 45 im Betrieb der Stellvorrichtung bewegen kann, wie dies weiter unten erläutert wird.
Anhand einer erneuten Bezugnahme auf die Figur 4 werden im folgenden die Elemente in dem Gehäuses10 beschrieben, die mit der Welle 50 verbunden sind, wobei diese Elemente eine Reihen-Servostellglied-Baugruppe 57 bilden. Die mit dem Servogestänge 46 verbundene Welle wird über ein Differentialgetriebe 52 und ein Getriebe 63 von zwei Servomotoren 60 und 61 angetrieben. Die Motoren 60 und 61 sind jeweils mit Tachometern 60', 61' verbunden, um ein Reihen-Servosystem-Dämpfungssignal in üblicherWeise zu liefern. Die Servomotoren 60 und 61 treiben die Welle 50 über nlchtumkehrbare Getriebe 64 bzw. 65 derart an, daß das Servo-Gestänge 46 keine Verstellung der Servomotoren hervorrufen kann. Damit ergibt sich im Ergebnis eine Schwenkbefestigung 52 an einem festen, jedoch servo-einstellbaren Schwenkpunkt für das Differentialgestänge 45, wie dies weiter unten erläutert wird. Das Antriebs- oder Servogestänge 46 kann daher nur durch eine Betätigung der Servomotoren 60 und 61 eingestellt werden.
Von der Welle 50 werden weitere Signalgeneratoren oder Synchros 66 und 67 über spielfreie Getriebe 65' angetrieben.
Wie dies weiter unten erläutert wird, liefern diese Synchros 66 und 67 Steuerflächen-Positionsrückführungssignale für das Servosystem, das die Servomotoren 60 und 61 ansteuert.
Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß die Reihen-Servofunktion der Stellvorrichtung durch die dualen Servomotoren 60 und 1 erzielt wird, die gemeinsam über das Differentialgetriebe 62 wirken, wie dies in einer Vielzahl von Patentschriften der gleichen Anmelderin beschrieben ist (beispielsweise US-Patentschriften 3 504 248 und 4 159 444 sowie Britisches Patent 1 534 353 und Britische Patentanmeldungen 22 164/78 und 79 077 01). Es ist jedoch verständlich, daß die Stellvorrichtung in gleicher Weise in Systemen anwendbar ist, die lediglich einen einzigen Servomotor verwenden, wobei der einzig wesentliche Punkt darin besteht, daß der Servomotor die Welle 50 über ein Ichtumkehrbares Getriebe antreibt.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Figur 3 sowie auf die Figuren 6 und 7 werden im folgenden die neuartigen Stellbereicns-Grenzanschläge der Ausführungsform der Stellvorrichtung beschrieben. Vor dieser Beschreibung sei jedoch darauf hingewesen, daß die Figuren 5 und 7 eine weitere Ausführungsform der Stellvorrichtung zeigen, bei der das Steuerdruck-/ Trimm-Stellglied mit den inneren Elementen 31 nach Figur 3 in einem getrennten Gehäuse lOb angeordnet ist, während das Reihen-Stellglied mit den inneren Elementen 57 ebenfalls in einem getrennten Gehäuse lOa eingeschlossen ist. Das Gehause lOb des Steuerdruck-/Trimm-Stellgliedes und das Gehäuse 10a des Reihen-Servostellgliedes können getrennt an der. Luftfahrzeugzelle starr an getrennten Stellen befestigt sein, beispielsweise das erstere in der Nähe-des Steuerknüppels und das letztere in der Nähe des Kraftverstärkers, wie dies in Figur 2b gezeigt ist. Das gemeinsame Verbindungsgestänge 29 kann an den jeweiligen Erden gegabelt sein, um den Hebel 25 des Trimm-/Steuerdruck-Stellgliedes aufzunehmen und um einen freien Durchgang für das Differentialgestänge 45 während der Betriebsweise der Stellvorrichtung zu ermöglichen, so daß sich eine Funktion identisch zu den parallelen Gestängen 29 nach Figur 3 ergibt.
Bei weiterer Betrachtung des Stellbereichs-3egrenzungsmechanismus der hier beschriebenen Ausführungsform ist zu erkennen, daß zwei S.tellbereichsbegrenzungen vorgesehen sind, eine zur Begrenzung des Stellbereiches der Reihen-Servomotoren o0, 61 über die Steuerflächen-Bewegung, wodurch die Steuerflächenauslenkung begrenzt wird, wenn die Reihen-Servoeinrichtung aus irgend einem Grunde ausfällt, und eine zweite zur Begrenzung des gesamten Stellbereiches des Steuerknüppels über die Steuerflächen-Bewegung, wie sie durch die Charakteristik des speziellen Luft fahrzeuges festgelegt ist, und zwar unabhängig von der Position der Reihen-Servomotoren. Beide Bewegungsbegrenzungen werden durch einen in spezieller Weise ausgelegten Anschlagblock 70 erzielt, der starr (mit Hilfe geeigneter Schrauben 71) an der unteren Seite des Gehäuses 10 unterhalb der Gestängebaugruppe 15 angeordnet ist. und sich symetrisch bezüglich der Welle 50 erstreckt. Der Anschlagblock 70 weist eine zweistufige Form auf, wobei eine Stufe 72, die als die hintere Stufe bezeichnet werden kann, allgemein in-der Ebene liegt, die die hintere Gabelung 73 des Servogestänges 46 einschließt, während die andere Stufe 74, die als vordere Stufe bezeichnet werden kann, allgemein in einer Ebene liegt, die das Differentialgestänge 45 einschließt. Die hintere Stufe 72 des Blockes 70 ist so maschinell bearbeitet, daß sich ein allgemein U-förmiger Ausschnitt ergibt, der innere Anschlagoberflächen 75 und 76 bildet, die symetrisch mit Abstand zur Reihen-Servowelle 50 angeordnet sind. Wie dies am deutlichsten aus den Figuren 6 und 7 zu erkennen ist, begrenzen diese Anschlagoberflächen oder Anschläge 75 und.76 die Winkeldrehun$ des ServogestSnges 46 auf einen vorge£ebenen Wert oder eine vorgegebene Anzahl von Graden dadurch, daß der hintere Gabelungsteil 73 des Gestänges 46 an eine der Anschlagoberflächen 75 oder 76 anschlägt. Die Gabelung 73 bildet einen Teil des Gestänges 46, der von der mitteleren, durch-das Differentialgestänge 45 eingenommenen Ebenen und dem Teil des Antriebsgestänges 46 vorspringt, der an der Welle 50 befestigt ist. Die vordere Stufe 74 ist so maschinell bearbeitet, daß zwei allgemein bogenförmige Anschlagoberflächen 77 und 78 gebildet werden, die sich am Mittelpunkt des Blockes 70 schneiden und sich symetrisch und allgemein seitlich zur Welle 50 erstrecken. Diese Anschlagoberflächen 77 und 78 wirken mit Anschlagvorsprüngen 79 bzw. 80 an den Seitenarmen des kreissektorförmigen Rahmenabschnittes 47 des Differentialgestänges 45 zusammen. Die bogenförmigen AnschlagoberflEchen.77, 78 weisen einen derartigen Umriß auf, daß die gesamte durch den Steuerknüppel hervorgeruene Drehbewegung des Differentiålgestänges 45 auf einen konstanten vorgegebenen Wert unabhängig von der Winkeldrehung oder Position des Servogestänges 4o begrenzt ist. Es ergibt sich damit eine vorgegebene Begrenzung dertesamten Ausgangsbewegung-der Stellvorrichtung an die Steueroberfläche, die durch den Steuerknüppel hervorgerufen werden kann, und zwar unabhängig von der Position des Reihen-Servogestänges 46. Der Begrenzungsblock 70 ist entfernbar an dem Gehäuse 10 befestigt, so daß verschiedene Blöcke maschinell bearbeitet und eingebaut werden können, um die unterschiedlichen Stellbereichs-Begrenzungs-Spezifikationen der terschiedenen Luftfahrzeuge zu erfüllen, in denen die grundlegende Stellvorrichtung installiert werden soll.
In Figur 8 ist ein typisches automatisches Stabilitätsvergrößerungssystem (SAS) fr einen Hubschrauber unter Verwendung der Dual-Servotechniken gezeigt) wie sie ausführlich in den vorstehenden Patenten und Patentanmeldungen beschrieben sind, wobei zusätzlich Navigationsbefehlsingänge vorgesehen sind, um ein vollständiges auomatisches Flusteuersystem (AFCS) zu bilden. Der Aufbau und die Betriebsweise eines Stabilitätsvergrößerungssystems ist weitgehend festgelegt und für den Fachmann auf dem Gebiet der automatischen FluTsteuerung und/ Re-elunJ gut bekanntJdoch sei aus Gründen der Vollstindigkeit dieser 3esc..reibung auf die US-Patentschrift 4 109 88@ verwiesen. Obwohl die Figur 8 ein duales Meß- und Rechenkanalsystem zeigt, ist verstYndiich, daß ein einzelner teß- und Rechenkanal verwendet werden kann, wobei der Ausgang des einziges Rechners dahin auf die dualen Servosc.lleifen aufgeteilt wird, wie dies in der US-Patentschrift 4 159 444 beschrieben ist.
In Figur 8 werden gleiche 3ezugsziffern zur Bezeichnung von Elementen bezeichnet, die bereits in den Figuren 3 bis 7 gezeigt sind. Wie in einem SAS-Kanal der durch den Block 23 nach Figur 1 der benannten US-PS 4 109 886 beschriebenen Art können die Meßfühler 85 und 86 der vorliegenden Figur 8 durch VertikalkreiseJ. gebildet sein, von denen zur Kurzzeitbewegung des Fahrzeuges proportionale Signale unter Verwendung geeigneter Hochfrequenz-Ableitungsnetzwerke iri den Rechnern 87 und 88 abgeleitet werden, und diese Signale werden mit in geeigneter Weise in ihrer Schwingungsform geformten Steuerknüppel-Positionssignalen von den Synchros 42 und 43 summiert. Reihen-Servobefehlsausgänge von den Rechnern 87 und 88 werden Servoverstärkern 89 und 90 zugeführt, in denen sie mit Steuerflächen-Positionsrückführsignalen von den Synchron 66 und 67 und effektiven SteuerflAchen-Geschwindigkeitasignalen von den Tachometern 60' und 61' summiert werden. Die Ausgänge der Servoverstärker 89, 90 werden den Reihen-Servomotoren 60 und 61 zugeführt, die jeweils den Eingang des mechanischen Differentials 62 über nichtumkehrbare Getriebe 64 und 65 antreiben, wobei der Ausgang dieses mechanischen Differentials das Reihen-Servogestänge 46 über die Welle 50 einstellt. Diese Gesamtbetriebsweise ist ausführlich in den genannten Patentschriften, insbesondere den US-Patentschriften 4 109 886 und 3 504 248 beschrieben. Wie dies weiterhin in der US-Patentschrift 4 109 886 beschrieben ist können Autopilot-(AFCS-)Funktionen, wie z.B. Navigations-Langzeitfluglagen- und Flugwegste.uerfunktionen durch das System nach Figur 8 erzielt werden, wobei der Ausgang eines Flugdirektorrechners 91 ebenfalls den Rechnern 87 und 88 zugeführt werden kann. Die verschiedenen Betriebsarten, beispielsweise SAS, AFCS, usw. können manuell von dem Piloten mit Hilfe üblicher Betriebsartauswahlschalter ausgewählt werden, wie dies gut bekannt ist.
In der AFCS-Betriebsart kann die -Stellvorrichtung zur Erzielung einer automatischen Trimmung über den Trimm-Servomotor 38 verwendet werden. Dies wird in üblicher Weise dadurch erreicht, daß in dem Trimmrechner 93 alle Langzeit-Reihenservoauslenkungen überwacht-werden, die sich an der Position der Rückführungssynchros 66 und 67 erkennen lassen. Wenn eine derartige Serien-Servoauslenkung für eine vorgegebene Zeitperiode andauert, so treibt der Trimm-Rechner 93 den Trimm-Servomotor 38 über das nichtumkehrbare Getriebe 39, die normalerweise eingerückte Kupplung 37 und die Steuerdruck-Federbaugruppe 35 in einer Weise an, die im folgenden beschrieben wird. Es sei jedoch bemerkt, daß bei der Betriebsweise in der AFCS-Betriebsart jede vom Piloten hervorgerufene Bewegung des Steuerknüppels die vorstehend beschriebene automatische Trimmfunktion verhindert. Dies kann in der in den Figuren 5 und 8 ;ezei,,ten Weise verhindert werden. An einem der jalterungstile oder dem Teil '34 für die Steuerdruckfeder )5 der Baugruppe 35 ist vorzugsweise im Inneren der Belerbaugru?pe ein normalerweise geschlossener Schalter 36 befestigt, der einen federbelasteten Betätigungsstößel)7 aufweist. Der Stößel 97 wirkt mit einer Nockenoberfliche 98 an dem anderen Steuerdruckfeder-j{alterungsteil oder dem Teil 99 zusammen, so daß bei einer Relativdrehung zwischen diesen beiden Halterungsteilen, beispielsweise durch eine vorgegebene Kraft auf den Steuerknüppel, der Schalter 96 geöffnet wird, wodurch der Betrieb des Trimmo,ors 38 verhindert wird. Es ist aus Figur 8 zu erkennen, daß diese Betriebsweise lediglich in der AFCS-betriebsart wirksam ist.
enn ein Ausfall in einem der Kanäle des dualen Servosystems auftritt, so ist dies an einer zufälligen Betriebsweise des Servomotors 60, 61 und des Tachometers 60', 61' des ausgefallenen Kanals zu erkennen. über das Differential 62 ergibt sich eine unregelmäßige Betriebsweise der Rückführungssynchros 66, 67, wie dies auch in den vorstehend genannten US-Patentschriften beschrieben ist. Zur über wachun der Betriebsweise des dualen Servosystems werden die Synchro- und Tachometerausgänge jedes Kanals einer überwachungseinrichtung 100 zugeführt, die den ausgefallenen Kanal ermittelt und den zugehörigen Servoverstärker abschaltet, so daß der verbleibende Kanal die Steuerung fortsetzen kann. Ausführliche Beschreibungen einer typischen Uberwachungseinrichtung für ein duales Servosystem der in allgemeiner Form in Figur 8 gezeigten Art ergeben sich aus den vorstehend genannten US-Patentschriften, beispielsweise der US-PS 3 504 2 und der Britischen Patentanmeldung 22 164/78.
Nach der Beschreibung des Aufbaus der :tehrfunktions-Stellvorrichtung wird im folgenden die Gesamt funktion anhand der folgenden Betriebsarten beschrieben: 1. Lediglich manuell mit künstlicher ,teuerdruck-Rückführung und zwei Arten einer manuellen Trimmung (die automatische Trimmung wurde gerade beschrieben) 2. Ausschließlich Reihen-Servostellbetrieb 3. Kombinierter manueller und Reihen-3ervobetrieb.
Es sei zunächst angenommen, daß die Mehrfunktions-Stellvorrichtung an der Luftfahrzeugzelle befestigt ist, wie dies in einer der Figuren 2a und 2b dargestellt ist, und daß die Gestänge 14 und 15 über die Schubstange 17 mit der Nickachse des Steuerknüppels für die zyklische Blattverstellung des Piloten und über die Schubstange 19 mit der Längsneigungssteueroberfläche (Rotor-Nick-Neigungsmechanis -mus) verbunden sind. Es sei weiterhin angenommen, daß weder das SAS- noch das AFCS-System arbeitet und daß mit Hilfe üblicher elektrischer Verriegelungen der Reihen-Servomotor in seine neutrale oder Null-Position gebracht wurde, d,h., daß das Servogestänge 46 bezüglich des Gehäuses 10 vertikal angeordnet ist, wobei das untere Ende des Servogestänges 46 in der Mitte zwischen den Anschlagoberflächen 75 und 76 angeordnet ist, wie dies durch die in Figur 6 gestrichelt dargestellte Position angedeutet ist. Wenn der Pilot manuell einen Befehl fir eine Nickneigungslagenänderung geben will, @rückt er beispielsweise den Steuerknüppel für die zyklische Blattverstellung nach vorne, wodurch die Schubstange 17 nach links gemäß den Figuren 3, 6 und 7 bewegt wird. dies führt entsprechend zu einer Bewegung des oberen Endes les Hebels oder der Stange 25 nach links,wobei bei dieser letzterr Bewegung lie zelle 27 gedreht und gleicnzeitig die parallelen Gestänge 29 nach links bewegt werden. Weil der unsere Schwenkpunkt 52 des Servogestänges S auf Grund des nichtumkehrbaren Getriebes 54, 65 der Reihen-Servomotoren 50, 61 festgelegt ist, drehen die parallelen Gestänge 29 das Differentialgestänge 45 im Gegenunrzeigersinn, wobei sich dieses um den unteren Schwenkpunkt 52 verschwenkt und die Steuerknüppelbewegung auf die Steuerflächen-Schubstange 19 übertragen wird. Eine Drehung der zelle 27 über den Stab 25 ruft eine Drehung eines teils 34 der Steuerdruckfederbaugruppe 35 hervor, deren anderer Teil 93 über die normalerweise eingerückte Kupplung 37 und das nichtumkehrbare Getriebe 39 des Trimm-Servom)tors 38 festgelegt ist, so daß dem Piloten ein künstliches Steuerdruckgefühl vermittelt wird, d.h., daß die Feder 35 eine Nachbildung der Steuerflächenbelastung ergibt. @n der ausschließlich manuellen Betriebsart ist der gesamte Stellbereich es Steuerknüppels über die Steuerfläche durch die Begrenzung der Drehung des Differentialgestänges 45 begrenzt. Dies wird bei dem oben angenommenen Befehl dadurch erreicht, daß der Vorsprung 80 gegen die mit der speziellen Umrißform versehene Anschlagoberfläche 78 zur Anlage kommt, wie dies in Figur 7 gezeigt ist.
Wie die in der Technik der Flugsteuerung von Hubschraubern gut berannt ist, kann die manuelle Trimmung auf zwei grundlegende Arten erfolgen, einerseits mit Hilfe eines einfachen Trimm-Druckknopfes an dem Steuerknüppel und andererseits mit Hilfe eines sogenannten Testschiebeschalters, der ebenfalls an dem Steuerknüppel angeordnet ist. Weil beide Trimmtechniken in der Technik gut bekannt sind, un(i außerdem in der oben genannten US-Patentschrift 4 109 886 beschrieben sind, sind die Trimm-Einleitungsschalter hier nicht gezeigt. Die hier beschriebene Mehrfunktions-Stellvorrichtung ermöglicht jedoch eine Trimmeinc:tellung gemäß einer oder beider dieser Techniken. Beispielsweise sei weiterhin in der ausschließlich manuellen Betriebsweise angenommen, daß das Luft fahrzeug nicht ausgetrimmt ist, d.h. daß der Pilot eine dauernde Kraft auf den Steuerrcnüppel ausüben muß, um eine gewünschte Nicklage aufrechtzuerhalten. In der einfachsten Trimm-Betriebsart drückt der Pilot auf den Trimm-Druckknopf auf seinem Steuerknüppel und kuppelt dadurch die Kupplung 37 über eine Kupplungswicklung 37' aus (Figur8) und lockert die aufrechterhaltene Kraft auf den Steuerknüppel, was eine manuelle Neutrimmung der Steuerflächen über die Gestänge 14 und 15 ermöglicht, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Es ist zu erkennen, daß die Dämpfungsvorrichtung 40 vorgesehen ist, um eine plötzliche Abwicklung der Steuerdruckfeder 95 und eine mögliche unerwünschte plötzliche Stoßkraft zu verhindern, die an dem Steuerknüppel weitergegeben würde. In der komplizierteren Trimmtechnik kann der Pilot den Testschiebeschalter auf dem Steuerknüppel in der erforderlichen Richtung drücken, wodurch eine entsprechende Ansteuerspannung an den Trimmotor 38 geliefert wird, der eine Antriebskraft über das nichtumkehrbare Getriebe 39, die normalerweise eingerückte Kupplung 37 und die Steuerdruckfeder 95 liefert, um die Steuerflächen und den Steuerknüppel über die Gestänge 14 und 15 auszutrimmen, wie dies weiter oben beschrieben wurde.
Bei der Beschreibung der ausschließlichen Reihen-Servobetriebsweise der beschriebenen Mehrfunktions-Stellvorrichtung sei angenommen, daß der Hubschrauber in der SAS-Betriebsart betrieben wird und nicht von dem Piloten manuell über den Steuerknüppel manövriert wird. Unter diesen Bedingungen werden die Stange 25 und die parallelen Gespäne 29 durch die Steuerdruckfeder 95 und das nichtumkehrbare Getriebe 39 festgehalten. Es ist zu erkennen, daß die Steuerdruckfeder-Spannung größer ist, als die Steuerkraft ür den Kraftverstarker oder großer als die Steuerflächenlast in Systemen, die keinen Kraftverstärker verwenden. Es sei nun angenommen, daß eine untere Kraft im Sinne einer Störung der Hicklage des Hubschraubers wirkt.
Die SAS-Meßfühler 35, 85 stellen eine derartige Änderung fest und liefern ein entsprechendes 3 gnal an die Servoverstärker 33, 30, die ihrerseits die Servomotoren 60,1 ansteuern und bewirken, daß sie eine Antriebskraft uber das Differential 52 derart liefern, daß das Servogestänge 45 bei,pielsweise gemäß Figur 6 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Weil der Schwenkpunkt 54 an der in parallelen Gestängen 29 nunmehr festgelegt ist, ruft die Drehung des Servogestlinges 46 eine Drehung des Differentialgestänges 45 im Gegenuhrzeigersinn und eine resultierende Verschiebung dDr Steuerflächen-Schubstange 19 derart hervor, daß die Steuerfläche so ausgelenkt wird, daß der Störung entge gengewirkt wird-. Servomotor-Geschwindigkeitssignale von den Tachometern 60', 61' und Positionssignale von den Synchros 66, 67 stabilisieren und schließen die Servosysteme-Steuerschleife in üblicher Weise. Weil das nichtumkehrbare Getriebe 39 und die Steuerdruckfederbaugruppe 35 eine Bewegung des Steuerknüppels während des Betriebs der Servomotoren 60, 61 verhindern, ist zu erkennen, daß die Mehrfunktions-Stellvorrichtung in der gut bekannten Reihen-Servobetriebsweise arbeitet. Normalerweise ist der Stellbereich eines Reihen-Servosystems aus ;2lugsicherheitsbrünuen sehr stark begrenzt. ei der vorliegenden Ausführungsform wird dieser begrenzte Stellbereich durch die mechanischen Anschlagoberflächen 75 und 76 an dem Anschlagblock 70 erzielt, die mit der hinteren Gabelung 73 des Gest:n es 4t) in Berilhrung Ic(ammen, wie dies in den Figuren 6 und 7 f,ezei,;t ist.
Aus dem vorstehenden ist ohne weiteres zu erkennen, daß die beschriebene Mehrfunktions-Stellvorrichtung gleichzeitig so arbeitet, da3 sowohl eine manuelle als auch eine automatische Reihen-Servosteuerung der Steuerflächen erzielt wird. Dies ist in Figur 7 gezeigt, in der der Steuerknüppel das Differentialgestänge 45 eingestellt hat und in der das Reihen-Servostellglied das Servogestänge 46 in der vorstehend beschriebenen Weise eingestellt hat, um eine resultierende Summenbewegung der Steuerflächen-Schubstange 19 zu erzeugen. In Figur 7 sind beide Bewegungen in ihren Grenz-Endwerten gezeigt, damit erkennbar ist, daß die Gesamtstellbereichs-Grenzen für die Steuerf,lächen-Schubstange 19 unabhängig von der Position des Reihen-Servogestänges 46 konstant bleiben. Wenn sich beispielsweise das Differentialgestänge 45 in der äußersten Gegenuhrzeigersinn-Grenzstellun-g befindet und sich das Servogestänge 46 in der äußersten Gegenuhrzeigersinn-Grenzstellung befindet, so sei angenommen, daß das Servogestänge 46 sich nunmehr in die äußerste Uhrzeigersinn-Grenzstellung dreht. Weil der Schwenkpunkt 54 der parallelen Gestänge in seiner Position fest bleibtJführt diese Cegenuhrzeigersinn-Drehung des Servogestänges 45 zu einer Drehung des Differentialgestänges 45 um den Schwenkpunkt 54, wobei der Schwenkpunkt 49 nach rechts bewegt und der Vorsprung 80 von der Anschlagoberfläche 78 abgehoben wird. Daher kann der manuelle Steuerknüppel nach links bewegt werden, bis der Vorsprung 80 erneut auf die Anschlagoberfläche 78 auftrifft, doch sei bemerkt, daß der gesamte maximale Stellbereich des Steuerknüppels nicht überschritten wurde, sondern gleich bleibt.
vrfindungsgemäß wird somit eine starr befestigte Mehrfunktions-Stellvorrichtung mit einer oder zwei einstückigen Einheiten geschaffen, die für den Einbau in einem Luftfahrzeug, insbesondere einem Hubschrauber geeignet ist und zwischen dem Steuerknüppelgestänge und dem LuStfahrzeug-Steuerflächen- (oder Steuerflächen-Servokraftverstärker-)Gestänge eingekoppelt ist, um die Funktionen einer Reihenbetätigung, einer Trimmbetätigung, einer ateuerlrucknachbildunr,, einer Steuerpositionmessung und der Begrenzung des Steuer-Stellbereichs zu erzielen. Die Vorrichtung schließt einen Reihen-Stellantrieb ein, der in dem Fahrzeug installiert ist und mit den Steuergestängen des Fahrzeuges nach Art eines üblichen parallelen Stellantrieb verbunden ist, d.h. die Stellvorrichtung ist direkt starr an einer Luftfahrzeugzelle befestigt, wodurch die Installation des Steuersystems stark vereinfacht und Probleme beseitigt werden, wie sie sich aus Steuerstangen-Schwingungsresonanzen ergeben, die normalerweise bei üblichen mit dem Gestänge vereinigten Reihen-Stellglied-Installationen auftreten.
Im vorstehenden wurden bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Mehrfunktions-Stellvorrichtung beschrieben, die in idealer Weise für Hubschrauber geeignet ist, jedoch nicht auf diese beschrnkt ist. Die Stellvorrichtung ist insbesondere sowohl bei der ursprünglichen Installation von SAS- und AFCS-Systemen in neuen Luftfahrzeugen sowie zum nachträglichen Einbau derartiger Systeme in vorhandene Luftfahrzeuge bei einer minimalen Modifikation der vorhandenen primären Flugsreuergestänge geeignet. Es ist zu erkennen, daß die ',tellsorrichtung die kombinierten Funktionen einer Reihen-Servobetätigung, einer Trimm-Servobetätigung, einer Steuerdrucknachbildung, einer Servopositions-Messung, einer Steuerknüppel-Positionsmessung und einer manuellen Steuerknüppel- und Reihenservo-Stellbereicilsbegrenzung erfüllt, wobei alle diese Funktionen durch eine starr befestigte Stellvorrichtung erzielt werden, die fest an der Zelle eines Luftfahrzeuges befestigt werden kann, 30 daß viele Probleme beseitigt werden, die sonst bei auftretenden starken Schwingungen entstehen. Die erfindungsgemäße Stellvorricltung kann selbstverständlich in gleicher Weise für Starrflügel-Luftfahrzeuge Verwendung finden.
Leerseite

Claims

P A T E N T A N S P.R 0 C H E 1. Mehrfunktions-Stellvorrichtung für Luftfahrzeuge, gekennzeichnet durch direkt an der Luftfahrzeugstruktur und benachbart zu einem primären, vom Pilot betätigten Steuerteil (17) und einem Steuerflächen-Betätigungsteil (19) bebefestigte Gehäuseteile (10) mit ersten und zweiten Antriebswellen (27, 50), die in den Geh.useteilen (1) drehbar gelagert sind, erste Gestängeteile (14) die antriebsmaßig auf der-ersten Antriebswelle (27) befestigt und mit dem vomPiioten betätigten Steuerteil (17) gekoppelt sind, zweite Gestängeteile (15) mit einem Antriebsglied (46), das antriebsmäßig auf der zweiten Antriebswelle (50) befestigt ist, und mit einem Differentialgestänge (45), das zwischen dem Steuerflächen-Betätigungsteil (19), dem Antriebsglied (46) und dem ersten Gestängeteilen (14) eingekoppelt ist, Servomotoreinrichtungen mit einem Servomotor. (60,61) und mit Einrichtungen, die den Servomotor antriebsmäßig mit der zweiten Antriebswelle (50) verbinden, um das Antriebsglied (45) einzustellen, und Stellbereichs-Begrenzungseinrichtungen (70), die an den Gehäuseteilen (10) benachbart zum Differentialgestänge (45) und zum Antriebsglied (46) befestigt sind und mit diesen zusammenwirken, um die Positionen des Steuerteils -(17) des Piloten bzw. des Servomotors (60, 61) zwischen vorgegebenen maximalen Grenzwerten zu begrenzen.
2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (10) durch ein einteiliges Gehäuse gebildet sind.
3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (10) zumindest zwei einteilige Gehäuse strukturen (10a und lOb) umfassen, die jeweils direkt an der Luftfahrzeugzelle befestigbar sind, daß eine Gehäusestruktur (lOb) die ersten Gestängeteile (14) einschließt, daß die andere Gehäusestruktur (1Pa) die zweiten Gestängeteile (15) einschließt, und daß gemeinsame Verbindungsgestängeteile (29) zwischen den ersten und zweiten Gestänge teilen (14, 15) eingekoppelt sind.
4. Mehrfunktions-Stellvorrichtung für Luftfahrzeuge, gekennzeichnet durch ein Steuerteil (17) für den Piloten, ein Steuerflächen-Betätigungsteil (19), erste Gestängeteile (1, die auf eine Bewegung des Steuerteils des Piloten ansprechen, einen Reihen-Servostellantrieb mit Gehäuseteilen, die direkt an dem Luftfahrzeug im allgemeinen zwischen dem Steuerteil (17) und dem Betätigungsteil (19) befestigbar sind, und mit einer Antriebswelle (50)'die in einer Wand der Gehäuseteile (10) drehbar befestigt ist, zweite Gestängeteile (15) mit einem Antriebsglied (46), das antriebsmäßig auf der Antriebswelle (50) befestigt ist, und mit einen Differentialgestänge (45), das zwischen dem Betätigungsteil (19), dem Antriebsglied (46) und den ersten Gestängeteilen (14) eingekoppelt ist, Servomotoreinrichtungen mit einem Servomotor (60, 61) und mit Einrichtungen zur antriebsmäßigen Verbindung des Servomotors mit der Antriebswelle (50) zur Einstellung des Antriebsgliedes, und Stellbereichs-Begrenzungseinrichtungen (70), die an den Gehäuseteilen (10) benachbart zum Differentialgestänge (45) und zum Antriebsglied (in6) angeordnet sind und mit diesen Teilen zusammenwirken, um die Positionen des Steuerteils (17) bzw. des Servomotors zwischen vorgegebenen maximalen Grenzwerten zu begrenzen.
5. Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellbereichs-Begrenzungseinrichtungen (70) ein erstes Paar von mit Abstand angeordneten Ans hlagoberflE-chen (75, 76), die mit dem Antriebsglied (46) zusammenwirken und die Positionen des Antriebsgliede., (46) zwischen ersten vorgegebenen maximalen Grenzwerten begrenzen, und ein zweites Paar von mit Abstand angeordneten Anschlagoberflächen (77, 78) einschließen, die mit dem Differentialgestänge (45) zusammenwirken und die Bewegung des Differentialgestänges (45) zwischen zweiten vorgegebenen maximalen Grenzwerten begrenzern, und daß der Oberflächenumriß des zweiten Paars von mit Abstand ab geordneten Anschlagoberflachen (77,78) derart ist, daß die Bewegung des Differentialgestänges (45) zwischen den zweien maximalen Grenzwerten unabhängig von der Position des Antriebsgliedes begrenzt ist.
5. Stellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellbereichs-Begrenzungseinrichtungen eine einstückige Anschlaganordnung (70) umfassen, -die entfernbar an dem Gehäuse (tO) befestigt ist, so daß Anschlagoberflächen (75, 76; 77, .78) die entsprechend der speziellen Stellbereichs-Begrenzungsforderungen eines speziellen Luftfahrzeuges geformt sind, an dem Gehäuse (10) befestigbar sind.
7. Stellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgestänge (45) eine offene rahmenförmige Struktur (47) einschließt, daß das Antriebsglied (46) im wesentlichen koplanar zum Differentialgestänge (45) ist und in der oeffnung der rahmenförmigen Struktur (47) arbeitet, daß die Stellbereichs-Begrenzungseinrichtungen erste Anschlageinrichtungen (75, 76) einschließen, die mit einem Teil (73) des Antriebsgliedes (46) zusammenwirken, um dessen Position zwischen ersten vorgegebenen maximalen Grenzwerten zu begrenzen, und daß zweite Anschlageinrichtungen (77, 78) vorgesehen sind, die im wesentlichen koplanar zur offenen rahmenf3rmigen Struktur (47) sind und mit dieser zusammenwirken, um die Position des Differentialgestänges (45) zwischen zweiten vorgegebenen maximalen Grenzwerten zu begrenzen.
8. Stellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (46) schwenkbar an der rahmenartigen Struktur (47) befestigt ist und den Teil (73) einschließt, der von der Ebene der rahmenartigen Struktur (47) vorspringt und mit den ersten Anschlagteilen (75, 76) zusammenwirkt, um auf diese Weise die maximale Grenzposition des Antriebsgliedes (46) festzulegen.
9. Stellvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriß der zweiten Anschlageinrichtungen (77, 78) derart ist, daß die Bewegung des Differentialgestänges (45) zwischen den zweiten Grenzwerten unabhängig von der Position des Antriebsgliedes (46) begrenzt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Servomotor (60, 61) mit der Antriebswelle (50) verbindenden Einrichtungen eine nichtumkehrbare Antriebseinrichtung (.64, 65) einschließen, die eine Einstellung des Antriebsgliedes (46) lediglich durch eine Betätigung des Servomotors (60, 61) ermöglicht.
11. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Servomotoreinrichtungen zwei Servomotoren (60, 61) und Differentialeinrichtungen (62) umfassen, die antriebsmäßig mit jedem der Servomotoren verbundene Einrichtungen einschließen und einen resultierenden Ausgang zur Einstellung des Antriebsgliedes (46) liefern, und daß jede mit dem Servomotor antriebsmäßig verbundene einrichtung nichtumkehrbare Antriebseinrichtungen (64, 65) einschließt, die eine Einstellung des Antriebsgliedes (46) lediglich durch die Differentialeinrichtungen (42) ermöglicht.
12. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Signalgeneratoreinrichtungen (66, 67) mit der zweiten Antriebswelle (50) gekoppelt sind und ein Wellenpositions-Rückführungssignal zur Steuerung Ser Betriebstreise der Servomotoreinrichtungen liefern.
13. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen künstlichen Steuerdruck erzeugende Federelemente (35) , von denen ein erster Teil (94) mit der ersten Antriebswelle (29) verbunden ist, während ein zweiter Teil (99) mit Einrichtungen verbunden ist, die eine normalerweise feste Bezugsposition liefern, so daß einer Drehung der ersten Gestängeteile (14) ein nachgiebiger Widerstand durch die Federelemente (35) entgegengesetzt wird und ein künstliches Steuerflächen-Lastgefühl an das Steuerteil (17) für den Piloten übertragen wird.
14. Stellvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die eine normalerweise feste Bezugsposition festlegenden Einrichtungen durch Trimm-Servornotoreinrichtungen (38) und von di-sen angetriebene nichwumkehrbare Antriebseinrichtungen (39) gebildet sind, die eine Einstellung des zweiten Steuerdruck-Federteils (99) lediglich durch eine Betätigung der Trimm-Servomotoreinrichtungen (38) ermöglihen.
15. Stellvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die eine normalerweise feste Bezugsposition festlegenden Einrichtungen weiterhin Kupplungseinrichtungen (37) einschlieen, die im eingekuppelten Zustand die nichtumkehrbaren Antriebseinrichtungen (39) und den zweiten Steuerdruck-Federteil (99) koppeln, während im entkuppelten Zustand der zweite Steuerdruck-Federteil (99) von den nichtumkehrbaren Antriebseinrichtungen (39) abgekoppelt ist, so daß eine Einstellung des zweiten Steuerdruck-Federteils (99) durch die ersten Gestängeteile (14) und das Steuerteil (15) des Piloten möglich ist.
16. Stellvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpfungeinrichtungen (40) mit dem zweiten Steuerdruck-Federteil (99) gekoppelt sind und Federkräfte an dem zweiten Steuerdruck-Federteil (99) beim Entkuppeln der Kupplungseinrichtungen (37) dämpfen.
17. Stellvorrichtung.nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch mit der ersten Antriebswelle (27) gekoppelte Signalgeneratoreinrichtungen (42, 43) zur Lieferung eines zur Position des Steuerteils (17) des Piloten proportionalen Signals.
18. Stellvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnk,,,,, ,,., daß die Steuerdruck-Federelemente (35) elektrische Schaltereinrichtungen (96) einschließen, die zwischen den ersten und zweiten Steuerdruck-Federteilen (94, 99) eingekoppelt sind und ein Steuersignal bei einer vorgegebenen relativen entgegengesetzten Bewegung der Steuerdruck-Federteile (94, 99) liefern.