DE3151623A1

DE3151623A1 - Steuereinrichtung zum einstellen von steuerflaechen fuer luftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3151623A1
Application number: DE3151623A
Authority: DE
Inventors: Karl 2870 Delmenhorst Frerk
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke 2800 Bremen GmbH; Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1981-12-28
Publication date: 1983-07-07
Also published as: DE3151623C2; US4793576A

Description

Steuereinrichtung zu:n Hinstellen von Steuert Indien für Lui'tfahr/euge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung /um Einstellen von Steuerflächen für I uftfahr>euge₅ mit einem von einem Steuerorgan beeinflußbaren mechanischen und einem vom gleichen Steuerorgan beeinflui^aren elektrischen Signalübertragungssystem /ur Ansteuerung von Stellgliedern der Steuerfläche.,

Bei Luftfahrzeugen ist es üblich_s mechanische Signalübertragungssysteme zur Verstellung von Steuerflächen zu benutzen. Solche mechanischen Signalübertragungssysteme z_o B„ Höhensteuerrungssysteme werden dann bevoizugtj wenn eine Aufschaltung von Reyelsignalen im manuellen Betrieb nicht erforderlich ist_o Außerdem ist ein derartiges mechanisches Steuersystem in sein.r Sicherheit einem analogen elektrischen System wirtschaftlich überlegen,

Neben den mechanischen Steuersystem sind wie zuvor schon oiigedeutet, auch Steuersysteme mit elektrischer Signalübertragung und zwar sogenannte "fly by wire" Systeme ( fly bis wire = fliegen durch Draht ) bekannt geworden. Solche Steuersysteme werden dann bevorzugt, wenn eine überlagerung von Pilot- und Regelsignalen erforderlich wird. Elektrische Steuersysteme sind daher wegen dieser Eigenschaften atraktiv. Trotz dieser Tatsache sind elektrische Steuersysteme in Verkehrsflugzeugen bisher nur vereinzelt eingesetzt worden, und zwar weil derartige Systeme weniger zuverlässig als mechanische Steuersysteme sind.

BAD ORIGiNAL

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Es ist zwar möglich, die Zuverlässigkeit von elektrischen Steuersystemen durch eine redundante Ausführung zu erhöhen, aber eine solche Lösung würde zu wirtschaftlich zwei fei haften Systemen führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Steuersystem der eingangs genannten Art mit den Vorteilen eines elektrischen und eines mechanischen Signalübertragungssystems aufzubauen. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerfläche in zwei Tei!flächen aufgeteilt ist und beide Tei!flächen mit ihren Stellgliedorn jeweils einem der Signalübertragungssysteme zugeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Maßnahme führt zu einem Steuersystem, das einerseits eine gute Zuverlässigkeit aufgrund des mechanischen Signalübertragungssystems besitzt und andererseits die Vorteile der bequemen Manipulierbarkeit des Pilotsignals aufgrund des elektrischen Signalübertragungssystems aufweist. Dabei kann das elektrische Signalübertragungssystem eine Einkoppelstelle enthalten zum Aufschalten von Regelsignalen wie Autopilotsignale und / oder Flugregelsignale.

Es ist möglich, die jeweilige Steuerflächen z. B. in zwei gleich große Steuerflächen quer zur Drehachse aufzuteilen, und jeder Teilfläche entsprechend aufgebaute Stellglieder zuzuordnen. Die Steuerfläche kann aber auch in ungleiche Teilflächen quer zur Drehachse aufgeteilt werden, wobei die größere Teilfläche einem mechanischen Signalübertragungssystem und die kleinere Teilfläche einem Stabilisierungssignale übertragenden elektrischen Signalübertragungssystem zugeordnet ist. Schließlich ist es auch möglich, eine Steuerfläche als Ruder mit einer an der Spitze angeordneten Klappe auszubilden, und dem Ruder das mechanische und der Klappe das elektrische Signalübertragungssystem zuzuordnen. Die Teile des elek-Irischen Signalübertragungssystems können dabei sowohl ananaloger als auch digitaler Art sein.

315T623

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzip einer Höhensteuerung für ein I uftfahtveug, 5

Fig. 2 ein modifiziertes Höhensteuerungssyst.om für ein Luftfahrzeug und

Fig. 3 einen Ausschnitt eines Leitwerks mit einem Ruder und einer Klappe.

In der Darstellung nach Fi g„ 1 ist das erfindungsgemäße Prinzip für die Höhensteuerung eines Verkehrsflugzeuges abgebildet. Die Höhensteuerung besteht aus zwei zu beiden Sei'en des Rumpfes am Heck angeordneten Steuerflä'chen 1,2 die jeweils in zwei annähernd gleichgroße TeilflO\.hen 1', 1" bzw. 2\ 2" quer zur Drehachse 3 aufgeteilt sind. Die SteuerfläV ^jn 1,2 werden durch Steuerorgane 4_s4'und zwar Steuersäulen über ein mc-, lanib- 'ies und ein elektrisches Signalübertragungssystem angesteuert. Hierzu sind beide Steuersäulen 4,4'mechanisch durch Verbindungsglieder 5,6 und einer dazwischengeschalteten Übersteuerungskupplung 7 verbunden. Außerdem liegt am Verbindungsglied 6 eine Anordnung 8 zur Steuerkraftsimulation . Die mit den Steuersäulen 4,4'eingestellten Steuersignale werden zu den steuerflächen 1_S2 mit einem mechanischen und einem elektrischen Signalübertragungssystem übertragen,

Das mechanische Signalübertragungssystem geht von dem Verbindungsglied 5 aus, welches mit einem daran angelenkten Winkelhebel 9 und einem Schubglied 10 die Steuerbewegung auf eine Seilscheibe 11 überträgt. Die Steuerbewegung wird dann über einen Seilzug 12 auf eine zweite Seilscheibe 13 übertragen, welche über ein Schubgliod 14 auf einen mit einer Stellstange 16 verbundenen Winkelhebel 15 einwirkt. Die Stellstange 16 ist über Zentrierfedern 17, 18 an die Struktur des Luftfahrzeuges gekoppelt, und überträgt die jeweils eingestellte Steuerbewegung mit Win-• kelhebeln 19, 20 und Schubstangen 21_S22 auf Steuerventile 23, 24 von hydraulischen Stellgliedern 25_S26. Diese hydraulischen Stellglieder 25, .

26 sind jeweils den Teilflächen l'bzw. 2' der Steuerflächen 1,2 züge-

3 i ·

ordnet und zweifach d. h_o redundant ausgeführt.

Neben dem mechanischen Siynlaübertragungssystem besteht ein paralleles elektrisches Signalübertragungssystem, das ebenfalls von den Steuersäulen <\\ 4" angesteuert wird. Hierzu sind an dem Verbindungegelied 6 Stellarme zweier elektrischer Meßgeber 30 angeschlossen, deren Ausgangssignale über mit einer Einkoppelstelle 31 versehene Übertragungsleitungen 32, 33 zu Steuerventi-len 34, 35 von hydr. Stellgliedern 36,37 der Teilflächen 1", 2" führen. Die Stellglieder 36,37 sind jeweils zweifach d.h. redundant und zwar aus Sicherheitsgründen ausgeführt. \

Das elektrische Signalübertragungssystem bietet die Möglichkeit Regelsignale aufzuschalten und deshalb sind der Einkoppelstelle 31 Ausgangssignale eines Flugreglers 38, eines Autopiloten 39 und eines für weitere Anwendungen vorgesehenen Systems 40 aufgeschaltet, welche zuvor in einer Summierstufe 41 zusammengefaßt wurden. Das Ausgangssignal der Suinmierstufe 41 kann darüberhinaus noch einer Trimmlogik 42 zum Trimmen der Horizontallage zugeführt werden. Die bei den Stellgliedern angegebenen Bezeichnungen B, G, Y geben die Zuordnung zu verschiedenen hydraulischen Systemen an, so daß auch hier Sicherheitsansprüchen genügt wird.

Die in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 angewandte Redundanz ist lediglich beispielhaft ohne das Prinzip der Erfindung nämlich ein mechanisches Signalübertragungssystem mit einem elektrischen SignalÜbertrags gungssystem bei geteilten Steuerflächen im gemischten Parallelbetrieb zu betreiben, im Detail festzulegen. Die Auslegung der Stellglieder hängt im wesentlichen von flugzeugspezifischen Randbedingungen wie z. B. Flatterbedingungen, hydr. Versorgung, Lei .-erkslasten bei unsymmetrisehen Ausschlägen der Steuerflächen, Steuerbarkeitsbedingungen bei Ausfall von '^⁰ Regelhilfen usw. ab_o Erwähnt sei in diesem Zusammenhang auch, daß es je nach Regelfunktion sinnvoll bzw» erforderlich sein kann, das Regelsignal ( Ausgangssignal der Summierstufe ) einer Trimmlogik zuzuführen, welche

eine sinngemäße Verstellung der Trimmflosse bei großen und anhaltenden RegeTsignalen auslöst. Hierdurch wird eine Zurücknahme des Regelsignals erreicht, so daß die Position der elektrisch angesteuerten Steuerflächen nur innerhalb eines spezifischen Bandes von denen der mech. angesteuerten Steuerflächen ;^:.bweichcn können.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig_o 1 modifiziertes '!Uhonsfeuerungssystem für ein Luftfahrzeug dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Steuerflächen 1,2 in ungleiche Teilflächen l^m , I^s" bzw. Z^ , 2^s- quer aufgeteilt und die größeren Teilflächen 1^ΑΓ , 2^iir mechanisch von den Steuersäulen 4, 4'angesteuert» Dieses mechanische Signalübertragungssystem ist üblicher Standart bei Verkehrsflugzeugen und hier symbolisch mit durchgezogenen Linien dargestellt. Das elektrische Signalübertragungssystem, das hier durch gestrichelte Linien symbolisiert ist, ist hier für das Flugregelsystem 38 vorgesehen, dessen Signale den Stellgliedern der kleineren Tei!flächen I^s bzw, Z^- zugeordnet ist. Soweit Übereinstimmungen mit der Fig. 1 bestehen, wird auf die Ausführung zu Fig. 1 Bezug genommen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel erzielen die kleineren elektrisch angesteuerten Teilflächen der Steuerflächen 1₉2 nur eine relativ geringe Wirkung und sind daher kein dominanter Bestandteil der Steuerung. Den Hauptteil der Steuerung übernimmt hier das mechanische Steuerungssystem für die hier als Höhenruder ausgebildeten Steuerflächen 1,2. Von elektrisehen Meßgebern 30 der Tei!flächen I^ bzw. Z&- wird dabei ein elektrisches Signal für die elektrisch ansteuerbaren Teilflächen I^s- bzw. 2J? abgegriffen und der Einkoppelstelle 31 zur Ansteuerung des zugeordneten Stellgliedes zugeführt. Wegen der geringeren Wirkung der elektrisch angesteuerten Teilflächen I^ bzw_o Z^ ist hier lediglich auch ein geringeres Sicherheitsniveau erforderlich_a und daher sind die zugeordneten Stellglieder 34, 35 nicht redundant ausgeführt. Dieses Ausführungsbeispiel ist für Stabilitätsmaßnahmen geringer Anforderung hinreichend und kann -z. B. für Anwendungen reduzierter Längsstabilität eingesetzt werden.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist es auch möglich eine Steuerfläche 1 als Ruder 45 mit einer Klappe 46 auszubilden anstatt einer Aufteilung quer zur Schwenkachse. Die Klappe 46 kann sich hierbei auch über einen begrenzten Spannweitenbereich erstrecken und unabhängig vom Ruder 45 elektrisch angesteuert werden. Die elektrische Ansteuerung 13 umfaßt hierbei die gleichen Signale wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Zur Vermeidung flexibler hydraulischer Leitungen ist dabei das Stellglied 35 in der zugeordneten Trimmflosse 47 untergebracht und damit die Unabhängigkeit der Ausschläge vom Ruder 45 und der Klappe 46 gewahrt bleiben der Antrieb für die Klappe 46 über einen Hebelmechanismus 48 bekannter Art übertragen.

	Steuerfläche	25	3151623
1	Tei!fläche	26	hydr„ Stellglied
r	Il	30	■I Il
1"	Il	31	Meßgeber
1	Il	32	Einkoppelstelle
1	Steuerfläche	33	übertragungsleitung
2	Teilfläche	34	Il
r	Il	35	Steuerventil
2"	Il	36	Il
2	Il	37	Stellglied
2	Drehachse '	38	Il
3	Steuersäule	39	Flugregler
4	Il	40	Autopilot
4*	Verbindungsglied	41	System für künftige Anwendungen
5	Il	42	Summierstufe
6	Überholkupplung	45	Trimmlogik
7	Anordnung zur Lastführung	46	Ruder
8	Winkelhebel	47	Klappe
9	Schugglied	48	Trimmflosse
10	Seilscheibe		Hebelmechanismus
11	Seilzug
12	Seilscheibe
13	Schubglied
14	Winkel hebel
15	Stellstange
16 .	Zentrierfeder
17	11
18	Winkelhebel
19	Il
20	Schubstange
21	Il
22	Steuerventil
23	Il
24

Claims

8123 - 67 ?P00 ßi.-v-n₃ den 38.12.jy81

Vv 23 / Sm / He

Vereinigte Flugtechnische Werke G;;ibH

Steuereinrichtung /um Einstellen von Steuerflächen für Luftfahrzeuge

Paterrt an sprüc_he

I₀ - Steuereinrichtung zum Einstellen von Steuerflächen für Luftfahrzeuge mit einem von einem Steuerorgan beeinflurbaren r.iochanischen und einem vom gleichen Steuerorgan beeinflußbaren elektrischen Signalübertragungssystem zur Ansteuerung von Stellgliedern der Steuerfläche dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche (1,2) in zwei Teilflächen ( V₃ l"; 2' , 2" ) i.jfgeteilt ist und beide Teilflächen ( 1* 1"; 2% 2" ) mit ihren Stellgliedern ( 25, 26 ) jeweils einem der Signalübertragungssysteme /un^-cndnet sind«

BAD ORIGINAL
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signalübertragungssystem eine Einkcppelstelle ( 31 ) zum Aufschalten von Regelsignalen enthält.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Regelsignale Ausgangssignale eines Autopiloten ( 39 ) und / oder eines Flugreglers ( 38 ) und / oder eines Stabilisierungssystems ( 40 ) umfassen.
4. Steuereinrichtung nach einein der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichne t, daß die Steuerflächen ( 1, 2 ) in zwei gleich große Teil flachen ( Γ, 1", ?.\ 2" ) quer zur Drehachse ( 3 ) aufgeteilt ist, und daß jeder Teilfläche ( \\ 1\ 2', 2" ) entsprechend gleich aufgebaute Stellglieder ( 25, 26 ) ( simplex, duplex, usw,) zugeordnet sind.
5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche in ungleiche Teilflächen ( l^m , I* , Ζ^π , 2^ ) quer zur Drehachse ( 3 ) aufgeteilt ist, und daß die größere Teilfläche (1""S V^s- ) einem mechanisch redundanten Signalübertragungssystem und die kleinere Teilfläche ( V^ , 2^L ) dem elektrischen Signalübertragungssystem zugeordnet ist, welches Signale eines Stabilisierungssystems und Signale eines auf der größeren Teilfläche ( V^ , 2~ ) angeordneten und durch seine Stellbewegung beeinflußten Meßgebers ( 30 ) überträgt.
6. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzei cn net, daß die Steuerfläche ( 1, 2 ) als Ruder ( 45 ) mit einer an der Hinterkante angeordneten Klappe ( 46 ) ausgebildet ist, und daß dem Ruder ( 45 ) das mechanische Signalüberti ijgungssystem und der Klappe ( 46 ) das elektrische Signalübertragungssystem zugeordnet ist.

BAD ORIGINAL