DE3210818A1 - System zum positionieren von die nicklage steuernden aerodynamischen flaechen eines flugzeuges - Google Patents
System zum positionieren von die nicklage steuernden aerodynamischen flaechen eines flugzeugesInfo
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Description
PATENTANWÄLTE.:. . : :. "i · :*'Γ.·:
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Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional representatives before the European Patent Office
Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5
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Patentanwälte Menges & Prahl, Erhardtstr. 12, D-8000 München 5 Dipl.-lng. Rolf Menges
Dipl.-Chem.Dr. Horst Prahl
Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München
IhrZeichen/Yourref.
Unser Zeichen/Our ref. U
Datum/Date 2 Ί. Μ&ΓΖ 1982
United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.
System zum Positionieren von die Nicklage steuernden aerodynamischen Flächen eines Flugzeuges
Die Erfindung bezieht sich auf automatische Flugsteuerungssysteme und betrifft insbesondere das automatische Einschalten
eines Fluggeschwindigkeitssteuerungssystems.
Bei Starrflüglern wird die Geschwindigkeit normalerweise durch den Triebwerksschub gesteuert, und bei jeder Geschwindigkeit
wird die Nicklage (Längsneigung, d.h. schwanzlastige oder kopflaste Fluglage) 'des Flugzeuges benutzt, um die
Fluglage zu steuern. Wenn die Geschwindigkeit vergrößert wird, ohne daß die Nicklage nachgestellt wird, wird das
Flugzeug unvermeidbar steigen. Bei Drehflüglern (Hubschraubern) wird der fUr eine erhöhte Geschwindigkeit erforderliche
Vorwärtsschub durch eine Kombination aus vergrößerter zyklischer Längssteuerung (kopflastige Fluglage) und einer
vergrößerten kollektiven Blattverstellung (normal zur Drehung der Hauptrotorblatter) erzielt.
10
Bei älteren automatischen Flugsteuerungssystemen für Hubschrauber wurde die Geschwindigkeit einfach mit Hilfe von
Fluglageeinstellungen gesteuert. Wenn ein automatisches Flugsteuerungssystem mit Funktionen zum Halten der Fluggeschwindigkeit
und zum Halten der Nicklage ausgerüstet ist, wird eine gewünschte Fluggeschwindigkeit (vor dem Einschalten
der Fluggeschwindigkeitshaltefunktion) normalerweise dadurch erzielt, daß der Pilot die Vorrichtung zur periodischen
Längssteuerung betätigt, wobei er die notwendige Fluglage für die gewünschte Geschwindigkeit voraussieht (d.h.
die Geschwindigkeit, die erzielt wird ^ wenn das Flugzeug am Schluß des Pilotenmanövers eine neue Fluglage eingenommen
hat), und daß dann eine automatische Steuerung der Flugzeugnicklage auf ein Fluggeschwindigkeitsfehlersignal hin
erfolgt, welches als Differenz zwischen dem mit der Fluggeschwindigkeit am Schluß des Manövers synchronisierten Fluggeschwindigkeitsbezugssignal
und der dann vorhandenen Fluggeschwindigkeit gebildet wird.
Bei einem typischen System zum Halten der Fluggeschwindigkeit wird das System durch den Piloten entweder eingeschaltet
oder nicht eingeschaltet. Das System ist bei jeder Fluggeschwindigkeit wirksam (mit Ausnahme unterhalb eines gewissen
Schwellenwertes einer zuverlässigen Fluggeschwindigkeitserkennung, beispielsweise bei 25 oder 30 knot). Wenn
der Pilot das Flugzeug unterhalb oder oberhalb der Trimmgeschwindigkeit manövrieren möchte, kann er eine Kraft auf
die Nicklagesteuereinrichtung ausüben (bei einem Hubschrauber zum Vor- und Zurückbewegen des Steuerknüppels für periodische
Längssteuerung), ohne eine Trimmauslösung zu verursachen, und dadurch den Fluggeschwindigkeitsbezugswert beibehalten,
so daß das System im Anschluß an das Manöver automatisch wieder die Sollgeschwindigkeit gewinnt. In einem
typischen System kann die volle Autorität aufweisende Aussenschleife für periodische Längssteuerung während des
Ausübens einer Kraft auf das Steuerteil entweder vollständig abgeschaltet (d.h. unwirksam gemacht) sein oder einen
Integralzweig haben, der abgeschaltet (d.h. unwirksam gemacht) ist.
Zum Verringern der Arbeitsbelastung des Piloten und um dadurch die Flugzeugleistung und die Sicherheit in engen Manövern
(beispielsweise bei Offshore-ßohrungen und dgl.) zu
verbessern, ist es erwünscht, ein System zu schaffen, das mit einer Funktion zum automatischen Einschalten der Fluggeschwindigkeitssteuerung
ausgerüstet ist. Da jedoch die Fluggeschwindigkeit durch die Nicklage gesteuert wird, müssen
Vorkehrungen getroffen werden, um die Steuerung von einem Nicklagesynchronisierer auf einen Fluggeschwindigkeitssynchronisierer
zu übergeben oder den gleichzeitigen Betrieb von beiden zu gestatten. Immer dann, wenn sowohl die Nicklage
als auch die Fluggeschwindigkeit zu steuern sind, ist es notwendig, Abweichungen der Nicklage von einer Bezugsnicklage
zu berücksichtigen, wenn die für eine Fluggeschwindigkeit verlangte Nicklage sich von der Bezugsnicklage unterscheidet.
Das Einschalten und Abschalten der Fluggeschwindigkeitshaltefunktion sollte keine Störungen in dem Steuersystem
für periodische Längssteuerung hervorrufen, und das Manövrieren des Flugzeuges durch den Piloten unter Übersteuerung
des Steuersystems für periodische Längssteuerung sollte nicht dazu führen, daß am Schluß von Manövern große
Fluggeschwindigkeitsfehler vorhanden sind, die ein über- und Hin- und Herschwingen um die Sollfluggeschwindigkeit am Ende
des Manövrierens verursachen könnten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine automatisch ein- und abschaltbare Fluggeschwindigkeitshaltefunktion zu
schaffen.
Gemäß der Erfindung wird eine Fluggeschwindigkeitssteuerungsfunktion
in einem automatischen Flugsteuerungssystem automa-
tisch eingeschaltet, wenn die Fluggeschwindigkeit einen vorbestimmten
Schwellenwert übersteigt, und nur dann abgeschaltet, wenn die Fluggeschwindigkeitsbefehlseingabe in das automatische
Flugsteuerungssystem unter eine relativ unbedeutende Größe abfällt. Weiter wird gemäß der Erfindung die Abweichung
zwischen einer Bezugsfluglage und einer zum Erzielen der Bezugsfluggeschwindigkeit erforderlichen Fluglage
in einem Fluggeschwindigkeitsfehlerintegrator berücksichtigt, der während Pilotenmanövern daran gehindert wird,
Fluggeschwindigkeitsfehlern zu folgen.
Die Erfindung gestattet einen gleichmäßigen, unbemerkten Übergang in eine Fluggeschwindigkeitshaltefunktion und aus
dieser heraus einfach durch Synchronisieren der Fluglage bei einer Fluggeschwindigkeit oberhalb einer Schwellenwertfluggeschwindigkeit
(beispielsweise 45 knot), wobei die Fluggeschwindigkeitssteuerungsfunktion eingeschaltet bleibt,
obgleich die Fluggeschwindigkeit anschließend unter die Schwellenwertgeschwindigkeit gehen kann, bis die Fluggeschwindigkeitsbefehlseingabe
in das automatische Flugsteuerungssystem ausreichend niedrig ist, damit das Abschalten
keine nennenswerte Störung des Systems ergibt. Die Verwendung eines Fluggeschwindigkeitsfehlerintegrators zum Berücksichtigen
der Differenz zwischen jeder Bezugsfluglage, die sich ergibt, wenn die Fluglage (und deshalb die Fluggeschwindigkeit)
oberhalb der Fluggeschwindigkeitssteuerungsschwellenwertgeschwindigkeit synchronisiert wird, führt
nicht zu einem Fluglage- oder Geschwindigkeitsüberschwingen während Pilotenmanövern, da der Integrator abgeschaltet ist,
während eine Kraft auf die Längsachse des Steuerknüppels ausgeübt wird. Die Erfindung schafft deshalb im wesentlichen
ein künstliches Fluggeschwindigkeitssystem, das, obgleich es auf die Fluglage bezogen ist, die Geschwindigkeit halten
wird (beispielsweise bei Windböen und Windscherungen), ohne während des Einschaltens oder Abschaltens Störungen zu ver-
' 1 O O 1 Q
-JSr-
ursachen und ohne daß von Piloten verursachte Fehler auftreten. Das
System nach der Erfindung kann in automatischen Flugsteuerungssystemen vielfältigster Art implementiert werden.
Die Erfindung kann mit analoger, digitaler oder computergestützter
Signalverarbeitung ausgeführt werden, wobei lediglich Einrichtungen und Techniken benutzt werden, die unter
Berücksichtigung der Angaben in der folgenden Beschreibung im Rahmen fachmännischen Könnens liegen.
321-0-3-18
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben« Es
zeigen
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines
automatischen Flugsteuerungssystems eines Flugzeuges, in welchem die Erfindung
implementiert werden kann,
die Fig. 2 und 3 vereinfachte Blockschaltbilder der
Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Steuersignalen für das automatische
Flugsteuerungssystem von Fig. 1 und
Fig. 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer
Nicklagesynchronisier- und Tastschaltungsanordnung sowie einer Fluggeschwindigkeit
ssteuerschaltungsanordnung für das automatische Flugsteuerungssystem
von Fig. 1.
!'■^18
Fig. 1 zeigt ein Steuersystem für periodische Längssteuerung eines Hubschraubers zum Steuern der Nicklage (d.h. der
Längsneigung) des Hubschraubers, in welchem die Erfindung geeignet implementiert werden kann und welches zwei Innenschleif
enstellantriebe 12, 13 für periodische Längssteuerung
enthält, welche durch eine geeignete Verbindung 14 mit einander und durch eine geeignete Verbindung 15 mit einem Hauptrotorblatteinstellwinkeltaumelscheibenmischer
(nicht dargestellt) verbunden sind. Jeder Stellantrieb wird durch einen entsprechenden Verstärker 16, 17 wie in einer Nullabgleichservoschleife
angesteuert. Die Verstärker sprechen auf Fehlersignale aus entsprechenden Summierpunkten 18, 19 an, die
den Verstärkern ein.Signal liefern, das die Differenz zwischen einem Nickbefehlssignal auf einer zugeordneten Leitung
20, 21 und einem Signal angibt, welches auf einer zugeordneten Leitung 22, 23 durch einen entsprechenden Stellantriebspositionsfühler
24, 25 geliefert wird und die erreichte Position des Stellantriebs angibt. Wenn die Stellantriebe
12, 13 Positionen erreicht haben, die den Signalen auf den Leitungen 20, 21 entsprechen, so geht das von den
Summierpunkten 18, 19 an die Verstärker 16, 17 abgegebene
Fehlersignal auf null, so daß die Stellantriebe in Ruhe bleiben, bis die Signale auf den Leitungen 20, 21 geändert
werden (oder sich in den Leitungen 22, 23 Driftvorgänge einstellen)
.
Die Stellantriebe 12, 13 sind außerdem über eine mechanische Verbindung 26 mit einem Steuerknüppel 27 für periodische
Blattverstellung verbunden, der in einem Kreuzgelenk 28 zur Vor- und Zurückbewegung gegen die Wirkung einer Trimmpositionsfeder
29 angelenkt ist. Zwei Schalter 31, 32 sind an einem Stellantrieb 37 angeordnet, um eine Bewegung des
Steuerknüppels 27» die dieser gegen die Wirkung der Feder
in der einen oder anderen Richtung ausführt, zu erkennen. Das Schließen eines der Schalter 31, 32 ergibt ein Signal
Ζ;j318
auf einer von zwei Leitungen 33, welches bewirkt, daß eine ODER-Schaltung 34 ein Nickkraftsignal auf einer Leitung 35
abgibt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die ODER-Funktion,
die die Schaltung 34 erfüllt, auf bekannte Weise einfach durch die Beziehung der Schalter 31, 32 implementiert
werden.
Der Steuerknüppel 27 ist durch eine mechanische Verbindung 36 und die Feder 39 mit dem Nickaußenschleifentrimmstellantrieb
37 verbunden, der über einen Nickautomatikabschaltkreis 38 und eine Nickimpulsgeberschaltung 39 durch ein Signal
auf einer Leitung 40 angesteuert wird, welches durch eine Nickaußenschleifenintegratorschaltung 41 geliefert
wird. Diese Schaltungen sind ausführlich in einer gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung beschrieben, für
die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial No. 249 300, vom 30. März 1981 in Anspruch genommen worden ist. Diese
Schaltungen dienen zum Verstellen des Steuerknüppels 27 in eine Position, die die Istbefehle angibt, welche der Verbindung
15 infolge der Bewegung der Stellantriebe 12, 13
geliefert werden. Der Nickautomatikabschaltkreis 38 liefert ein Nickaußenschleifenabschaltsignal auf einer Leitung 42.
Der Steuerknüppel 27 hat einen Schalter 44, der durch den Daumen oder einen Finger geschlossen werden kann, so daß er
ein Trimmauslösesignal auf einer Leitung 45 liefert. Der Steuerknüppel 27 hat außerdem einen "Kulihuf-artigen 4-Achsen-Tastschalter
(beeper) 46, der vor oder zurück (oder nach rechts oder links) bewegt werden kann, um Tast(beep)-Signale
zu liefern; in einem System der beschriebenen Art sind diese Tastsignale Signale, die kleine Änderungen in
den Fluglagebezugssignalen (-führungsgrößen) ergeben.
Die Nickbefehlssignale auf den Leitungen 20, 21 werden durch entsprechende Summierpunkte 50, 51 geliefert, welche
entsprechende Nickwende- oder -geschwindigkeitssignale auf
1 3818
Leitungen 52, 53, Nicklage- und Pluggeschwindigkeitssteuersignale auf Leitungen 54, 55 und Außenschleifenkompensationssignale
auf Leitungen 56, 57 summieren. Die Außenschleifenkompensationssignale
werden durch Nacheilungsverstärker 58, 59 geliefert, die durch das Ausgangssignal des Nickaußenschleifenintegrators
41 auf der Leitung 40 angesteuert werden.
Die Signale auf den Leitungen 52, 55 werden an den Nickaussenschleifenintegrator
41 angelegt, damit große Nicklagebedarf sänderungen erkannt werden. Die Nicklagesignale auf
den Leitungen 54 und 55 werden an einen Summierpunkt 60 angelegt, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 61 an den
Nickaußenschleifenintegrator 41 angelegt wird.
Die Signale auf den Leitungen 52, 53 werden durch Differenzierer 64, 65 aus Kreiselnicksignalen auf Leitungen 66,
67 erzeugt, welche von den Nickachsenausgängen von entsprechenden Vertikalkreiseln 68, 69 geliefert werden. Die Signale
auf den Leitungen 66, 67 werden außerdem mit Nicklagebezugssignalen in Nicklagesynchronisier- und -testschaltungen
70, 71 verglichen. Wenn die Schaltungen 70, 71 synchronisiert sind, so folgt der Bezugswert (ist gleich) dem
Signal auf den entsprechenden Leitungen 66, 67, das den Istnickwinkel des Hubschraubers angibt; wenn die Tastung angewandt
wird, wird der Bezugswert zwangsweise gleich einem größeren oder kleineren Nickwinkel gemacht; wenn die Schaltungen
70, 71 nicht synchronisiert sind, liefern sie Nickfehlersignale auf zugeordneten Leitungen 73, 74, die die
Abweichung zwischen dem Istnickwinkel (Istlängsneigungswinkel) des Hubschraubers und der Sollnicklage des Hubschraubers
angeben. Logikschaltungen 72 sind mit den Nicklagesynchronisier- und -testschaltungen 70, 71 verbunden, um
deren Betrieb zu steuern. In Systemen des hier beschriebenen Typs werden die Signale auf den Leitungen 73, 74 mit einem
Signal auf einer Leitung 75 in entsprechenden Summierpunkten 76, 77 summiert, und das Ergebnis wird einer zugeordneten
Begrenzerschaltung 78, 79 zugeführt, so daß die Nicklage- und Fluggeschwindigkeitssteuersignale auf den Leitungen 54,
55 auf 2,5% der Gesamtpilotenautorität begrenzt werden. Die kurzzeitige automatische Nickachseninnenschleifensteuerung,
die mittels der Stellantriebe 12, 13 erfolgen kann, wird daher auf +5% (insgesamt 10%) der Gesamtpilotenautorität begrenzt.
Ein Fahrtmeßsystem 80 irgendeines geeigneten bekannten Typs gibt ein Fluggeschwindigkeitssignal über eine Leitung 83 an
eine Fluggeschwindigkeitssteuerschaltung 84 ab. Die Fluggeschwindigkeitssteuerschaltung
84 kann außerdem auf die Nicklagefehlersignale auf den Leitungen 73, 74 ansprechen, so
daß über die Leitung 75 eine größere Verstärkung der Nicklagesteuerung
erfolgt, wenn die Fluggeschwindigkeitssteuerschaltung 84 eingeschaltet ist. Das Fluggeschwindigkeitssignal auf der Leitung 83 könnte in einer Schaltung 86 benutzt
werden, die Vergleichsschaltungen und monostabile Multivibratoren oder andere Signalübergangserkennungsschaltungen
enthält und Signale auf mehreren Leitungen 87, 90 liefert, die angeben, daß die Fluggeschwindigkeit größer
als 60 knot oder 45 knot ist bzw. übergänge von über 45 knot auf unter 45 knot hat. Diese Schaltungsanordnung kann
von dem Typ sein, der den Gegenstand der deutschen Patentanmeldung
P 31 29 547»9 bildet, oder sie kann von anderem Hardware-oder Softwaretyp sein.
Gemäß Fig. 2 enthalten die Logikschaltungen eine geeignete Spannungsquelle 100, die über den Taster 46 angeschlossen
wird, so daß ein Vorwärtstastaufforderungssignal auf einer Leitung 101 beim Schließen eines Tasterkontakts 46f und ein
Rückwärtstastaufforderungssignal auf einer Leitung 102 beim Schließen eines Kontakts 46a geliefert wird. Eine ODER-
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Schaltung 103 spricht auf ein Signal auf einer der Leitungen 101, 102 an und liefert ein Nicktastsignal auf einer
Leitung 104. Ein Inverter 105 spricht auf das Signal auf der Leitung 104 an, um das Arbeiten einer UND-Schaltung
106 zu verhindern, die sonst auf das Nickkraftsignal auf
der Leitung 35 anspricht, um ein Steuerknüppelsignal auf einer Leitung 107 zu liefern. Das Steuerknüppelsignal auf
der Leitung 107 zeigt die Tatsache an, daß der Pilot den
Steuerknüppel 27 genug in der einen oder anderen Richtung bewegt hat, um einen der Schalter 31, 32 zu schließen, wobei
er das aber nicht durch Drücken des Tastschalters 4 6 gemacht hat; das ermöglicht eine Unterscheidung zwischen
Nickkraftsignalen auf der Leitung 35, die wirklich eine Folge eines übereifrigen Drückens des Tastschalters 46 sind,
und Nickkraftsignalen auf der Leitung 35, die eine absichtliche Steuereinwirkung durch den Piloten über den Steuerknüppel
anzeigen.
Das Nickkraftsignal auf der Leitung 35 wird außerdem an eine ODER-Schaltung 108 angelegt, um ein Kraft-verzögert-Signal
auf einer Leitung 109 zu liefern. Das Kraft-verzögert-Signal zeigt das Nickkraftsignal auf der Leitung 35 und außerdem
die Tatsache an, daß das Nickkraftsignal, nachdem es auf der Leitung 35 für sechs Sekunden vorhanden gewesen ist, anschließend
bis sechs Sekunden nach dem Aufhören der Kraft vorhanden bleibt. Das wird dadurch erreicht, daß die ODER-Schaltung
108 mit dem Setzausgang einer bistabilen Schaltung 110 verbunden ist, die durch eine UND-Schaltung 111 gesetzt
wird, welche durch das Vorhandensein eines Ausgangssignals aus einem in sechs Sekunden rücksetzbaren monostabilen Multivibrator
112 gleichzeitig mit dem Nickkraftsignal auf der Leitung 35 betätigbar ist. Der monostabile Multivibrator 112
wird seinerseits durch das Nickkraftsignal auf der Leitung 35 (an seinem Setzeingang) in Gang gesetzt und wird, wenn er
in Gang gesetzt ist, zuerst das Signal auf einer Leitung
113 an seinem komplementären Ausgang verlieren, aber nach
sechs Sekunden das Signal auf der Leitung 113 zurückgewinnen und es an die UND-Schaltung 111 anlegen, wenn nicht der
monostabile Multivibrator 112 davor durch ein Signal aus einem Inverter 114 rückgesetzt wird, weil das Nickkraftsignal
auf der Leitung 35 nicht mehr vorhanden ist. Wenn das Nickkraftsignal auf der Leitung 35 weniger als sechs Sekunden
dauert, wird daher die bistabile Schaltung 110 nicht gesetzt werden. Wenn es aber mehr als sechs Sekunden dauert,
wird die bistabile Schaltung 110 gesetzt= Wenn das Nickkraftsignal
auf der Leitung 35 verschwindet, startet der Inverter 114 einen weiteren monostabilen Sechs-Sekunden-Multivibrator
115 und bewirkt, daß das Signal an dessen Komplementärausgang
verschwindet, so daß kein Signal auf einer Leitung 116 an dem Rücksetzeingang der bistabilen Schaltung
110 vorhanden ist. Aber nach dem Verstreichen des Sechs-Sekunden-Impulses
wird der Komplementärausgang wieder ein Signal auf der Leitung 116 liefern, dessen Anstieg das Rücksetzen
der bistabilen Schaltung 110 bewirken wird. Die ODER-Schaltung 108 wird daher ein Kraft-verzögert-Signal
während des Vorhandenseins der Nickkraft liefern, und, wenn die Nickkraft wenigstens sechs Sekunden dauert, liefert sie
das Kraft-verzögert-Signal für sechs Sekunden nach dem Aufhören des Nickkraftsignals auf der Leitung 35. Das verhindert,
wie im folgenden mit Bezug auf Fig. 4 noch ausführlicher beschrieben, daß die Fluggeschwindigkeitssteuerschaltung
84 den Fluggeschwindigkeitsfehler während einer Einwirkung des Piloten und während sechs Sekunden nach der Beendigung
von dessen Manöver integriert.
Das Kraft-verzögert-Signal auf der Leitung 109 wird außerdem benutzt, um eine nennenswerte Einwirkung durch den Piloten
in der Nickachse anzuzeigen, die (wenn sie in der Rückwärtsrichtung erfolgt) bewirken kann, daß die Fluggeschwindigkeit
des Hubschraubers unter einen Wert abfällt, bei dem eine
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automatische Fluggeschwindigkeitshaltefunktion (im folgenden
ausführlicher beschrieben) eingeschaltet wird. Wenn beispielsweise der Pilot ein nennenswertes Manöver ausführt,
um eine schwanzlastige Fluglage oder eine Verlangsamung zu
erreichen, kann die Fluggeschwindigkeit unter 45 knot abfallen (d.h. unter den Wert, der in dem hier beschriebenen
Beispiel als exemplarisch für die Fluggeschwindigkeitshaltefunktion benutzt wird). Kundenwünsche oder amtliche Bestimmungen
erfordern jedoch häufig, daß das Aufhören der auf den Knüppel ausgeübten Kraft (im Anschluß an ein Manöver, das
begonnen wurde, während die Fluggeschwindigkeitshaltefunktion eingeschaltet war) bewirkt, daß die ursprüngliche Bezugsfluggeschwindigkeit
automatisch zurückgewonnen wird. Die Fluggeschwindigkeitshaltefunktion sollte deshalb nicht
abgeschaltet werden, wenn sie vor dem Abfall unter die kritische Fluggeschwindigkeit eingeschaltet war. Das Kraftverzögert-Signal
auf der Leitung 109 wird deshalb an eine UND-Schaltung 120 angelegt, die immer dann wirksam ist,
wenn ein Signal auf einer Leitung 88 vorhanden ist, das anzeigt, daß die Fluggeschwindigkeit größer als 45 knot ist.
Die UND-Schaltung 120 bewirkt, daß eine bistabile Schaltung
122 gesetzt wird, wodurch ein Signal an eine ODER-Schaltung
123 abgegeben wird, die auch auf das Signal auf der Leitung 88 anspricht, welches anzeigt, daß die Fluggeschwindigkeit
größer als 45 knot ist. Das ergibt ein Fluggeschwindigkeitseinschaltfreigabesignal
auf einer Leitung 124 immer dann, wenn die Fluggeschwindigkeit über 45 knot beträgt oder
über 45 knot gelegen hat, als die Kraft auf den Steuerknüppel ausgeübt wurde. Die bistabile Schaltung 122 wird gesetzt
bleiben, bis die Fluggeschwindigkeit wieder im wesentlichen den Wert der ursprünglichen Fluggeschwindigkeit
erreicht, die durch ein Eingangssignal an einer UND-Schaltung 125 angezeigt wird, das durch eine Vergleichsschaltung
126 erzeugt wird, die einen -3 knot-Bezugswert enthält. Die Schaltung 126 spricht auf ein Signal auf einer Leitung 127
an, um anzuzeigen, wann der Fluggeschwindigkeitsfehler
(d.h. die Differenz zwischen der Bezugsfluggeschxvindigkeit
und der Istfluggeschwindigkeit) innerhalb von -3 knot liegt. Das Signal auf der Leitung 125 zeigt somit an, daß das Flugzeug
wieder eine Geschwindigkeit gewonnen hat, die um nicht mehr als 3 knot niedriger als die ursprüngliche Bezugsfluggeschwindigkeit
ist. Infolgedessen wird die bistabile Schaltung 122 gesetzt, wenn die Fluggeschwindigkeit
größer als 45 knot ist und wenn eine Kraft durch den Piloten auf den Steuerknüppel ausgeübt wird, und sie wird danach
gesetzt bleiben, bis die Kraft aufhört und die Fluggeschwindigkeit wieder innerhalb von 3 knot der Bezugsfluggeschwindigkeit
liegt. Das Fluggeschwindigkeitseinschaltfreigabesignal ist somit auf der Leitung 124 immer dann vorhanden,
wenn die Fluggeschwindigkeit größer als 45 knot ist oder wenn die Fluggeschwindigkeit größer als 45 knot gewesen ist,
eine Steuerknüppelkraft ausgeübt worden ist und das Flugzeug noch nicht fast 3 knot der ursprünglichen Fluggeschwindigkeit zurückgewonnen hat.
Das Fluggeschwindigkeitseinschaltfreigabesignal auf der Leitung 124 wird an eine ODER-Schaltung 130 angelegt, die
außerdem auf ein Signal auf einer Leitung 131 aus einer Vergleichsschaltung 132 anspricht, welche auf das Fluggeschwindigkeitsbefehlssignal
auf der Leitung 75 anspricht. Die Vergleichsschaltung 132 enthält eine Bezugsspannung, die
+1% der vollen Pilotenautorität äquivalent ist; das Signal auf derLeitung 131 wird deshalb vorhanden sein, sofern
nicht der Fluggeschwindigkeitsbefehl auf der Leitung 75 im wesentlichen null ist. Dadurch wird vermieden, daß die
Fluggeschwindigkeitssteuereinrichtungen abschalten (durch einen Übergang in der Geschwindigkeit auf weniger als 45
knot) während es einen großen Fluggeschwindigkeitsbefehl gibt, was einen Sprung in dem Nickbefehl verursachen könnte.
21G318
-A-
Die ODER-Schaltung 130 speist eine UND-Schaltung 134, die
durch einen Inverter 135 immer dann blockiert wird, wenn das Nickaußenschleifenabschaltsignal auf der Leitung 42
vorhanden ist. Immer dann, wenn die Nickaußenschleife in Betrieb ist und die Fluggeschwindigkeit größer als 45 knot
ist, wird es deshalb ein Fluggeschwindigkeit-eingeschaltet-Signal auf einer Leitung 136 geben. Das Fluggeschwindigkeiteingeschaltet-Signal
auf der Leitung 136 wird weiter vorhanden bleiben, obgleich die Fluggeschwindigkeit unter 45
knot abfällt, wenn eine Kraft auf den Steuerknüppel ausgeübt wird, und dieser Zustand des Erzwingens, daß das Fluggeschwindigkeit-eingeschaltet-Signal
unter 45 knot vorhanden bleibt, wird anhalten, bis der Fluggeschwindigkeitsfehler
kleiner als -3 knot ist (d.h., daß die Istfluggeschwindigkeit innerhalb von 3 knot der ursprünglichen Fluggeschwindigkeit,
bevor die Kraft auf den Steuerknüppel ausgeübt wurde, liegt).
Im unteren Teil von Fig. 2 wird das Trimmauslösesignal auf der Leitung 45 an einen monostabilen 0,7-Sekunden-Multivibrator
137 angelegt, dessen Ausgangssignal eine UND-Schaltung 138 freigibt, um ein erstes Trimmauslösesignal auf
einer Leitung 139 während der ersten 0,7 s des Erscheinens des Trimmauslösesignals auf der Leitung 45 zu liefern. Wenn
die 0,7 s verstrichen sind, wird das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 137 verschwinden, wodurch die
UND-Schaltung 138 blockiert wird, um das erste Trimmauslösesignal auf der Leitung 139 zu beenden.
Gemäß Fig. 3 spricht eine ODER-Schaltung 143 auf das Fluggeschwindigkeitsaufwärtsübergangssignal
auf der Leitung 89, das Nicktastsignal auf der Leitung 104 oder das Trimmauslösesignal
auf der Leitung 45 an, um ein Signal auf einer Leitung 144 zu liefern, welches von einer UND-Schaltung 145
durchgelassen wird, sofern nicht ein Inverter 146 durch ein
ι Q
-ic-
Signal auf einer Leitung 147 aktiviert ist. Die UND-Schaltung 145 gibt ein Signal auf einer Leitung 148 ab, welches
bewirkt, daß eine ODER-Schaltung 149 ein Synchronisierungsaufforderungssignal
auf einer Leitung 150 erzeugt. Das Signal auf der Leitung 148 wird an einen Inverter 155 angelegt,
so daß, wenn das Signal verschwindet, der Inverter 155 den Setzeingang eines monostabilen 25-Sekunden-Multivibrators
156 erregt, dessen direktes Ausgangssignal über eine Leitung 157 an die ODER-Schaltung 149 angelegt wird. Das bedeutet,
daß in dem üblichen Fall, nachdem das Synchronisierungsaufforderungssignal
auf der Leitung 150 durch ein Signal auf der Leitung 148 erzeugt worden ist, dieses Signal für
25 s nach dem Verschwinden des Signals 148 aufrechterhalten
wird, und zwar aufgrund des Signals auf der Leitung 157, das für 25 s nach dem Verschwinden des Signals auf der Leitung
148 vorhanden ist. Der Zweck dafür ist im folgenden noch ausführlicher beschrieben.
Das Signal auf der Leitung 147 wird durch eine ODER-Schaltung 160 geliefert, und zwar auf das Steuerknüppelsignal
auf der Leitung 107 hin (welches anzeigt, daß der Pilot beabsichtigt, eine Kraft auf den Steuerknüppel auszuüben)
oder auf das Nickaußenschleifenabschaltsignal auf der Leitung 42 hin (welches anzeigt, daß an dem Mischer keine Nickaußenschleifeneingangssignale
mehr vorhanden sind) oder auf ein Signal auf einer Leitung 161 aus einem Inverter 162 hin,
welches das Nichtvorhandensein eines Fluggeschwindigkeitseinschaltfreigabesignals
auf der Leitung 124 anzeigt. Das Signal auf der Leitung 147 zeigt daher an, daß die Fluggeschwindigkeit
abgeschaltet ist oder bald abgeschaltet wird, daß der Pilot eine Einwirkung auf den Steuerknüppel beabsichtigt
oder daß das Nickaußenschleifeneingangssignal verschwunden ist. Das Signal auf der Leitung 147, das an dem
Inverter 146 und an dem Rücksetzeingang des monostabilen Multivibrators 156 anliegt, wird verhindern, daß die ODER-
18
Schaltung 149 das Synchronisierungsaufforderungssignal auf
der Leitung 150 abgibt. Wenn eine Synchronisierungsaufförderung
im Gange ist, wird sie auf irgendeines dieser Signale hin beendet. Die Hauptfunktion des Synchronisierungsaufforderungssignals
besteht darin, über eine ODER-Schaltung 164 ein Fluggeschwindigkeitssynchronisiersignal auf einer Leitung
165 zu liefern. Dieses Signal kann außerdem auf Signale auf den Leitungen 42 oder 161 hin oder auf das Trimmauslösesignal
auf der Leitung 45 hin geliefert werden. Das Fluggeschwindigkeitssynchronisiersignal
auf der Leitung 165 bewirkt, wie im folgenden beschrieben, daß das Fluggeschwindigkeitsbezugssignal
immer gleich der gegenwärtigen Fluggeschwindigkeit ist, wenn es vorhanden ist. Immer dann, wenn
der Pilot die Trimmauslösung drückt, werden daher sämtliche Autopilotfunktionen für periodische Blattverstellung (Fluggeschwindigkeit,
Nicklage und Rollage) beendet und es werden neue Bezugsgrößen gebildet, solange die Trimmauslösung gedrückt
wird. Immer dann, wenn die automatische Fluggeschwindigkeitshaltung beendet ist oder gerade beendet wird, wird
der Fluggeschwindigkeitsfehler auf null gebracht (was keine Fluggeschwindigkeitseingabe in das System bedeutet), und
zwar durch das Fluggeschwindigkeitssynchronisiersignal auf der Leitung 165. Es ist keine Fluggeschwindigkeitshaltung
zugelassen, wenn die Nickaußenschleife abgeschaltet ist. Andernfalls bewirkt die ODER-Schaltung 143 im allgemeinen
ein 25-Sekunden-Fluggeschwindigkeitssynchronisiersignal,
sofern es nicht vorher durch die ODER-Schaltung 160 beendet
worden ist, bei jeder Betätigung der Nicktastung oder Trimmauslösung (ungeachtet dessen wie kurz sie ist)- oder auf
einen Übergang von unter 45 knot auf über 45 knot hin, und wird für 25 s nach der Beendigung eines solchen Ereignisses
gehalten.
Ein Fluggeschwindigkeitsintegratorrücksetzsignal wird auf
einer Leitung 167 durch eine ODER-Schaltung 168 auf irgendeines der drei Signale auf den Leitungen 42, 161 oder 45
oder auf ein Autosynchronisiersignal auf einer Leitung 169 hin erzeugt. Das Autosynchronisiersignal auf der Leitung
169 ist ein Impuls, der durch einen monostabilen 0,5-Sekunden-Multivibrator
170 immer dann geliefert wird, wenn ein Ausgangssignal aus einem Fenstervergleicher 171 vorhanden
ist, der das Ausgangssignal des Fluggeschwindigkeitsintegrators auf einer Leitung 172 mit einer positiven und einer
negativen Bezugsspannung vergleicht, die 8% der vollen Pilotenautorität
äquivalent sind. Immer dann, wenn der Fluggeschwindigkeitsintegralverstärkungsizweig
ein Signal liefert, das gleich +8% der Pilotenautorität ist, bewirkt es, wie im
folgenden mit Bezug auf Fig. 4 noch näher beschrieben, eine eingestellte Verringerung des Integratorausgangssignals für
eine halbe Sekunde, zusammen mit einer entsprechenden Verringerung in dem Nicklagesynchronisierintegrator. Dadurch
werden die gegensätzlichen Autoritäten der Fluggeschwindigkeits- und Fluglageeingangssignale in das System verringert,
während das Gleichgewicht zwischen ihnen aufrechterhalten wird.
Das Autosynchronisiersignal auf der Leitung 169 wird außerdem an eine ODER-Schaltung 175 angelegt, um zu bewirken,
daß der Nicklagesynchronisierer die äquivalente 0,5-s-eingestellte Verringerung in dem Nicklagebezugswert hat. Die
ODER-Schaltung 175 wird einen rücksetzbaren monostabilen 0,5-Sekunden-Multivibrator 176 aktivieren, der deshalb einen
0,5-Sekunden-Impuls auf einer Leitung 177 liefert, sofern
nicht dieser Impuls durch Anlegen des Steuerknüppelsignals auf der Leitung 107 an den Rücksetzeingang des monostabilen
Multivibrators 176 beendet wird. Bei dem normalen Ablauf von Ereignissen wird deshalb die Erzeugung des 0,5-Sekunden-Autosynchronisierimpulses
auf der Leitung 169 entsprechend
318
- 19 -
. . 23 -
einen O,S-Sekunden-Nicklagesynchronisierimpurs auf einer
Leitung 178 aus einer ODER-Schaltung 179 bewirken, die auf den monostabilen Multivibrator 176 anspricht. Darüber hinaus
ist das Nicklagesynchronisiersignal auf der Leitung 178 während der Triinmauslösung, die durch das Signal auf der
Leitung 45 angezeigt wird, ständig vorhanden. 0,5-Sekunden-Nicklagesynchronisierimpulse
können außerdem jedesmal dann geliefert werden, wenn ein Übergang von über 45 knot auf
unter 45 knot erfolgt, und zwar infolge des Fluggeschwindigkeitsabwärtsübergangssignals
auf der Leitung 90, das an der ODER-Schaltung 175 anliegt. Immer dann, wenn das Synchronisierungsaufforderungssignal
auf der Leitung 150 aufhört, wird außerdem ein Inverter 181 die ODER-Schaltung 175 betätigen,
damit ein Nicklagesynchronisiersignal auf einer Leitung 178 geliefert wird. Ein Trimmauslösesignal kann daher
gleichzeitig das Nicklagesynchronisiersignal auf der Leitung 178 ergeben, ein entsprechendes Signal auf der Leitung
148 bewirken, um ein Synchronisierungsaufforderungssignal auf der Leitung 150 zu erzeugen, den monostabilen
Multivibrator 156 veranlassen, daß Synchronisierungsaufforderungssignal
auf der Leitung 150 auf 25 s nach dem Verschwinden des Trimmauslösesignals auszudehnen, so daß die
Fluggeschwindigkeit für 25 s synchronisiert bleibt, nachdem die Nicklage aufgehört hat, synchronisiert zu sein, und,
wenn die 25 Sekunden um sind, wird das NichtVorhandensein
der Synchronisierungsaufforderung einen letzten Impuls des Nicklagesynchronisiersignals auf der Leitung 178 bewirken.
Die Benutzung und die Verwendungszwecke dieser Signale sind im folgenden mit Bezug auf Fig. 4 ausführlicher beschrieben.
Gemäß dem unteren Teil von Fig. 3 sprechen mehrere Vergleicher 183-186 auf die Nicklage- und Fluggeschwindigkeitssignale
auf den Leitungen 54, 55 an, um entsprechende Signale auf Leitungen 190-193 immer dann zu liefern, wenn die Nick-
121j818
lage und Fluggeschwindigkeitsbefehlssignale auf den Leitungen
54, 55 größer als +J2,5% der Pilotenautorität sind. Wenn
daher sowohl die Nicklage- als auch die Fluggeschwindigkeitssignale auf den Leitungen 54, 55 über +2,5% der Pilotenautorität
liegen, werden auf den Leitungen 190 und 192
Signale vorhanden sein, die bewirken, daß eine UND-Schaltung 195 einen Inverter 196 betätigt und deshalb eine UND-Schaltung
197 blockiert. Andererseits, wenn beide Nicklagesignale auf den Leitungen 54, 55 Größen haben, die mehr als
-2,5% Pilotenautorität äquivalent sind, werden Signale auf den Leitungen 191 und 193 vorhanden sein, die bewirken werden,
daß eine UND-Schaltung 200 einen Inverter 201 betätigt, so daß eine UND-Schaltung 202 blockiert wird. Das ist eine
Tastsperrfunktion, die jeden Versuch verhindert, in derselben
Richtung wie ein vorhandener sättigender Nicklage- und Fluggeschwindigkeitsbefehl zu tasten, so daß der Bezugswert nicht ständig das System über dessen Möglichkeit, in
Anbetracht der 2 ,5%-Begrenzer 78, 79 (Fig. 1) anzusprechen, hinaus leiten wird. Als ein Beispiel sei angegeben, daß,
wenn ein Hubschrauber abhebt und dann eine kopflastige Fluglage einnimmt, um Geschwindigkeit zu gewinnen, störende
aerodynamische Effekte bewirken könnten, daß der Hubschrauber eine relativ ebenere Fluglage als die beibehält, die
bis zu der maximalen 5% Pilotenautorität befohlen wird. Sollte der Pilot versuchen, die kopflastige Fluglage über
die größere Geschwindigkeit weiter zu tasten, so wären die Innenschleifennickstellantriebe über eine relativ lange
Zeitspanne von mehreren Sekunden oder mehr nicht in der Lage, eine zusätzliche kopflastige Fluglage zu bewirken. Jeder
Versuch durch Tasten die kopflastige Fluglage mit einer größeren Geschwindigkeit zu ändern, würde einfach die Fluglagebezugsspannung
über den Wert hinaus vergrößern, auf den das Flugzeug ansprechen kann. Wenn das Flugzeug bestrebt ist,
seine Fluglage zurückzugewinnen, kann es mit unerwünschtem
überschwingen die Nase hochnehmen. Immer dann, wenn die
12 : ü 318
Nickkanäle des Flugzeuges die Innenschleife zu dem maximalen elektrischen Grenzwert treiben, ist daher keine Tastung
(kein Treiben des Bezugswertes) in dieser Richtung zugelassen, um das Ausbilden jedweden überschwingbefehlszustandes
auszuschließen.
Gemäß Fig. 4 weisen die Nicklagesynchronisier- und -tastschaltungen
70 eine besondere Modifizierung der typischen Integralrückkopplungsschaltung des bekannten Typs, wie er
in der oben erwähnten Patentanmeldung P 31 29 547.9 beschrieben ist, auf. Ein Summierpunkt 206 subtrahiert ein
Nicklagebezugssignal auf einer Leitung 207 von dem Nickachsenausgangssignal des ersten Vertikalkreisels auf der
Leitung 66, so daß das Nickfehlersignal auf der Leitung 73 gebildet wird. Das Bezugssignal auf der Leitung 207 wird
durch einen Integrator 208 gebildet und gehalten, dessen Eingangssignal durch einen Arbeitskontakt 209 eines Relais
gesteuert wird, der schließt, wenn dessen Spule 210 erregt wird. Wenn der Kontakt 209 geschlossen ist, und vorausgesetzt,
daß ein Schalter 210a erregt ist, dann wird das Fehlersignal
auf der Leitung 73 über einen eine veränderbare Verstärkung aufweisenden Verstärker 211 zu dem Eingang des
Integrators 208 rückgekoppelt. In Abhängigkeit von der Verstärkung des Verstärkers 211 und der Länge der Zeit, während
der er mit dem Eingang des Integrators 208 verbunden ist, wird daher der Integrator 208 integrieren, bis er eine Ausgangsspannung
an der Leitung 207 hat, die gleich der Nickspannung an der Leitung 66 ist, so daß das Nickfehlersignal
auf der Leitung 73 null ist und keine weitere Integration erfolgt. Das wird als Synchronisierung bezeichnet. Die Synchronisierung
erfolgt aufgrund des Nicklagesynchronisiersignals auf der Leitung 178, welches bewirkt, daß eine ODER-Schaltung
212 die Spule 210 erregt und den Kontakt 209 schließt sowie den Schalter 210a betätigt, so daß der Verstärker
211 mit dem Integrator 208 verbunden wird.
; Ü I O
Der Verstärker 211 besteht aus einem Operationsverstärker
214, dessen Verstärkung der Ausgleich zwischen einem Eingangswiderstand 215 und einem Rückkopplungswiderstand ist.
Normalerweise ist der einzige Rückkopplungswiderstand ein Widerstand 216. Unter gewissen Umständen werden aber weitere
Widerstände zu ihm parallel geschaltet, so daß der Rückkopplungswiderstandswert verkleinert und dadurch die Verstärkung
beträchtlich verringert wird. Beispielsweise wird ein Widerstand 217 zugeschaltet, indem ein Schalter 218 auf
das erste Trimmauslösesignal auf der Leitung 139 hin geschlossen wird. Wenn das Trimmauslösesignal das Signal ist,
das (über die ODER-Schaltung 179, Fig. 3) das Nicklagesynchronisiersignal
auf der Leitung 178 bewirkt, wird daher der Verstärker 211 eine relativ niedrige Verstärkung während
ersten 0,7 Sekunden aufgrund des Erscheinens des ersten Trimmauslösesignals auf der Leitung 139 haben, was zur Folge
hat, daß der Schalter 218 den Widerstand 217 zuschaltet,
um den Rückkopplungswiderstandswert beträchtlich zu verringern. Nach 0,7 s hört das Signal auf der Leitung 139 auf,
und die große Verstärkung wird wiederhergestellt. Da die effektive Zeitkonstante des Integrators 208 eine umgekehrte
Funktion der Verstärkung des Verstärkers 211 ist, wird die
Zeitkonstante während der Trimmauslösung zuerst relativ groß sein, und zwar im Vergleich zu dem Wert, den sie nach
0,7 s hat. Beispielsweise kann die Verstärkung des Verstärkers 211 so eingestellt werden, daß eine erste Zeitkonstante
500 ms beträgt und daß nach 0,7 s die Zeitkonstante auf 16 ms abnimmt. Der Zweck dieser Funktion besteht darin, daß,
wenn durch Drücken des Tasters 46 die Trimmauslösung betätigt wird, die Bezugsspannung und deshalb die Fehlerspannung
sich zuerst relativ langsam ändern wird, damit es einen gleichmäßigen Innenschleifenbefehlsübergang gibt. Aber nach
dem ersten Zeitrahmen (0,7 s) spricht die Synchronisierschaltung sehr schnell auf Änderungen an, die infolge von
Veränderungen in der Nicklage des Flugzeuges auftreten, wel-
ehe sich als Änderungen in der Nickachsenspannung auf der
Leitung 66 äußern. Wenn das Trimmauslösesignal endet, wird die Synchronisierung mit der kleinen Zeitkonstanten genau
den gegenwärtigen Nickwinkel des Flugzeuges widerspiegeln, was ein Nickfehlersignal auf der Leitung 73 von nahezu
null bewirkt, wenn das Trimmauslösesignal abgeschaltet wird. Auf im folgenden noch näher beschriebene Weise kann ein anderer
Widerstand 220 zu dem Widerstand 216 durch Betätigung eines Schalters 221 auf das Autosynchronisiersignal auf der
Leitung 169 hin parallel geschaltet werden. Statt der Veränderung der Verstärkung eines Eingangsverstärkers 211 könnte
derselbe Effekt erzielt werden, indem wahlweise verschiedene Rückkopplungskondensatoren an einen Integrierverstärker
(innerhalb des Integrators 208) angeschlossen werden, was an sich bekannt ist.
Eine weitere Punktion des Synchronisierers ist, langsame
Änderungen in dem Bezugssignal auf der Leitung 2 07 infolge des Tastens (d.h. des Vornehmens von allmählichen Verstellungen)
des Eingangssignals an dem Integrator 208 zu gestatten. Das kann durch das Nicktastsignal auf der Leitung
104 erreicht werden, welches die ODER-Schaltung 212 veranlaßt, die Spule 210 zu erregen und den Kontakt 209 zu
schließen, ohne daß der Schalter 210a betätigt wird. Dann können kleine positive oder negative Gleichspannungen aus
Quellen 224 bzw. 225 über den Kontakt 209 an den Eingang des Integrators 208 durch Schließen eines Vorwärtstastbefehlsschalters
226 oder eines Rückwärtstastbefehlsschalters 227 auf das Vorwärtstastbefehlssignal auf der Leitung 203
bzw. das Rückwärtstastbefehlssignal auf der Leitung 204 hin angelegt werden. Dem Integrator 208 wird, wie mit Bezug auf
die Schaltungsanordnung 183-204 in Fig. 3 beschrieben, nicht gestattet, in einer bestimmten Richtung weitergetrieben zu
werden, wenn das Nickfehlersignal auf der Leitung 73 so ist, daß die 2,5%-Begrenzer 78, 79 (Fig. 1) in die Sättigung ge-
2: 3318
trieben werden. Obgleich ein Tastschalter geschlossen sein kann, wodurch das Vorwärts- oder Rückwärtstastaufforderungssignal
auf der Leitung 101 bzw. 102 (Fig. 3) bewirkt wird, werden deshalb die Tastbefehlssignale an keinen der Schalter
226, 227 angelegt, so daß kein weiterer Fehler verursacht wird. Dadurch wird vermieden, daß sich das Bezugssignal
über den Wert hinaus aufbaut, der als Konsequenz dessen, daß das Flugzeug nicht in der Lage ist, die gewünschte Fluglage
in einer annehmbaren Zeit aufgrund aerodynamischer Effekte einzunehmen, erwünscht ist.
Die Fluggeschwindigkeitsschaltungsanordnung 84 enthält eine Fluggeschwindigkeitssynchronisierschaltungsanordnung, die
eine einfache Version der oben mit Bezug auf die Nicklagesynchronisier- und -tastschaltung 70 beschriebenen ist. Ein
Summierpunkt 230 liefert das Fluggeschwindigkeitsfehlersignal auf der Leitung 127 als Differenz zwischen einem Fluggeschwindigkeitsbezugssignal
auf einer Leitung 231 und dem Fluggeschwindigkeitssignal auf der Leitung 83. Das Fluggeschwindigkeitsbezugssignal
auf der Leitung 231 wird durch einen Integrierverstärker 232 geliefert, der das Äquivalent
der Kombination aus dem Verstärker 211 und dem Integrator
208 in dem oberen Teil von Fig. 4 ist oder einfach ein Integrator sein kann, der eine kapazitive Rückkopplung zusammen
mit einem Widerstandseingang hat, was an sich bekannt ist. An dem Integrierverstärker 232 liegt das Fluggeschwindigkeitsfehlersignal
auf der Leitung 127 immer dann an, wenn ein Schalter 2 33 durch das Fluggeschwindigkeitssynchronisiersignal
auf der Leitung 165 betätigt ist. Wenn der Schalter 233 geschlossen ist, wird der Integrierverstärker 232 in
Abhängigkeit von seiner Verstärkung und seiner Zeitkonstante ein Bezugssignal auf einer Leitung 231 liefern, welches
ein Fluggeschwindigkeitsfehlersignal auf der Leitung 127 verursacht, das im wesentlichen null ist, wodurch der Fluggeschwindigkeitsbezugswert
im wesentlichen auf den Wert der
1Ί313
- 2-3 -
gegenwärtigen Fluggeschwindigkeit des Flugzeuges synchronisiert wird. Damit es zu keinem Bezugswertleckverlust kommt,
kann anstelle des Schalters 233 ein Relais benutzt werden.
Der Fluggeschwindigkeitsfehler wird einem Proportionalverstärkungszweig
240 und einem Integralverstärkungspfad 241 zugeführt, die zu einem Summierpunkt 242 führen, dessen Ausgang
über eine Leitung 243 über einen Schalter 244 immer dann durchgeschaltet ist, so daß das Fluggeschwindigkeitsbefehlssignal
auf der Leitung 75 ist, wenn die Fluggeschwindigkeit eingeschaltet ist, was durch das Signal auf
einer Leitung 136 angezeigt wird. Der Proportionalverstärkungszweig 240 besteht aus einem Verstärker 246, der einen
+J3,7-knot-Begrenzer 247 speist. Das erlaubt eine relativ
hohe Verstärkung nahe der Trimmfluggeschwindigkeit ohne ein überschwingen auf große Fluggeschwindigkeitsfehler hin. Der
Integralzweig 241 enthält einen Integrator, der aus einem Verstärker 248 mit einem Widerstandseingang 249 und einem
Rückkopplungskondensator 250 besteht. Wenn ein Schalter 252 geschlossen wird, bewirkt er, daß das Fluggeschwindigkeitsfehlersignal
auf der Leitung 127 über einen +2-knot-Begrenzer
253 an den Integrator angelegt wird? der Begrenzer verhindert, daß sich große Fluggeschwindigkeitsfehlersignale
in dem Integrator zu schnell aufbauen und dem Beitrag des Integralzweiges 241 gestatten, so groß zu werden,
daß die Fluggeschwindigkeit des Flugzeuges über die gewünschte Geschwindigkeit überschwingt. Wenn das Fluggeschwindigkeitssignal
auf der Leitung 83 sich infolge einer starken Böe oder infolge einer Einwirkung durch den Piloten abrupt
ändert, so könnte daher ohne den Begrenzer 253 der indem
Integrator aufgebaute Fehler eine Uberkompensation der Geschwindigkeit
verursachen, was zu einem langsamen Schwingen der Fluggeschwindigkeit (und zum Nicken des Flugzeuges) führen würde, wenn sich die Fluggeschwindigkeit anschließend
Il10818
wieder einstellt. Aus demselben Grund-bewirkt immer dann,
wenn es Einwirkungen des Piloten gibt, das Kraft-verzögert-Signal auf der Leitung 109, das ein Inverter 255 den Schalter
252 (bei dem es sich um ein Relais handeln könnte) öffnet, so daß es kein Eingangssignal an dem Integrator gibt,
und daß sich die durch die Einwirkung des Piloten hervorgerufenen Fehler nicht ständig in dem Integrator über eine
lange Zeitspanne aufbauen. Der Fluggeschwindigkeitsfehler auf der Leitung 127, der sich während Manövern des Piloten
aufbaut, wird das Flugzeug am Ende von Manövern des Piloten zu der Sollgeschwindigkeit zurückbringen; solange das Aufbauen
innerhalb des Integralzweiges 241 blockiert wird, wird nur ein minimales überschwingen oder ein infolgedessen
auftretendes Schwingen der Fluggeschwindigkeit auftreten, wenn die Bezugsgeschwindigkeit im Anschluß an ein Manöver
des Piloten wiedergewonnen wird. Wenn das Manöver des Piloten lange dauert (über 6 s) ■, wird der Integrator für 6 s
nach dem Ende einer Einwirkung durch den Piloten abgeschaltet gehalten, um der Fluggeschwindigkeit zu gestatten, beträchtlich
abzunehmen, damit der Integrator nicht mit dem anfänglichen großen Fehler angesteuert wird und damit die
Zeit verringert wird, über der der Fehler integriert wird.
Das Fluggeschwindigkeitsbefehlssignal auf der Leitung 75 wird (wenn die Fluggeschwindigkeitssteuerung eingeschaltet ist), wie
mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, mit dem Nicklagefehler auf der Leitung 73 summiert (sowie mit dem Nicklagefehler
auf der Leitung 74). Es gibt deshalb eine gegenseitige Beziehung zwischen den Nicklagesynchronisier- und -tastschaltungen
70 und den Fluggeschwindigkeitssteuerschaltungen 84. In Fig. 4 ist zu erkennen, daß die einzige Möglichkeit, die
der Pilot hat, um auf eine gewünschte Fluggeschwindigkeit zu tasten, das Tasten der Nicklage ist.
Wenn eine starke, lange Trimmfrontböe (beispielsweise) die
Fluggeschwindigkeit verringert, wird sich der Fluggeschwindigkeitsfehler in dein Integrator 241 aufbauen und eine Fluglageänderung
zum Wiedergewinnen der Fluggeschwindigkeit bewirken. Die Fluglageänderung führt zu einem Fluglagefehler
auf der Leitung 73. Diese gegensätzlichen Effekte können sich bis zu einem derartigen Punkt entwickeln, daß ihre
Einwirkungen gleich und entgegengesetzt gesättigt sind. In einem solchen Fall könnte ein Nachtrimmen des gesamten Systems
erforderlich sein, wenn der Pilot fühlen sollte, daß er die Möglichkeit, die Fluggeschwindigkeit beizubehalten,
verloren hat. Um das zu vermeiden, wird das Autosynchronisiersignal auf der Leitung 169 geliefert, wie oben beschrieben,
und zwar immer dann, wenn das Fluggeschwindigkeitsintegratorausgangssignal j^8% der vollen Pilotenautorität erreicht.
In Fig. 3 bewirkt das Autosynchronisiersignal auf der Leitung 169 das Fluggeschwindigkeitsintegratorrücksetzsignal
auf der Leitung 167, das an einen Schalter 258 angelegt wird (Fig. 4). Der Schalter 258 bewirkt, daß ein Widerstand
259 zu dem Kondensator 250 parallel geschaltet wird und sich der Kondensator mit einer äquivalenten Zeitkonstante
von einer halben Sekunde entlädt. Gleichzeitig bewirkt das Autosynchronisiersignal auf der Leitung 169, das an dem
Schalter 221 anliegt, daß die Verstärkung des Verstärkers 211 durch Parallelschalten des Widerstands 220 zu dem Widerstand
216 verringert wird, so daß die Kombination aus dem Verstärker 211 und dem Integrator 208 den Nicklagefehler auf
der Leitung 73 ebenfalls mit einer Zeitkonstante von einer halben Sekunde teilweise synchronisieren wird. Daher wird
das Nicklagefehlersignal auf der Leitung 73 entsprechend dem Ausgangssignal des Fluggeschwindigkeitsintegratorzweiges
241 mit gleicher und entgegengesetzter Geschwindigkeit verringert. Das ereignet sich nur für eine halbe Sekunde, weil
das Autosynchronisiersignal auf der Leitung 169 durch den monostabilen 0,5-Sekunden-Mult!vibrator 170 (Fig. 3) erzeugt
·;; 318
wird und weil das Nicklagesynchronisiersignal durch den monostabilen 0,5-Sekunden-Multivibrator 176 auf das Autosynchronisiersignal
der Leitung 169 hin erzeugt wird. Da diese Schaltungen mit einer Zeitkonstante von einer halben Sekunde
für eine halbe Sekunde betätigt werden, werden die Bezugsspannungen um 6 3% ihres ursprünglichen Wertes immer dann,
wenn das passiert, verringert. Die Verringerung um den gleichen Prozentsatz gleicht sich aus, obgleich die Synchronisierschaltung
70 nur die Hälfte der entgegengesetzten Verstärkung liefert, weil die Nicklagesynchronisier- und -tastschaltung
71 (Fig. 1) die andere Hälfte liefert. Daher wird der Fluggeschwindigkeitsintegrator 241 von +^8% der vollen
Pilotenautorität auf etwa 3% der vollen Pilotenautorität reduzieren, wenn die Nicklagefehler 208 jeweils von +^4%
Pilotenautorität auf etwa 1,5% Pilotenautorität abnehmen. Deshalb wird ein gesättigter, gleicher, aber entgegengesetzter
Betrieb automatisch vermieden und es kann eine volle Steuerung leicht beibehalten werden, obgleich das Einführen
von Fluggeschwindigkeitsfehlern zum Trimmen der Nicklage große Nicklagefehler im Anschluß an das Einrasten auf der
Fluggeschwindigkeit verursachen kann.
Um eine größere Verstärkung für eine zusätzliche dynamische Stabilität in dem Nickkanal zu schaffen, wenn die Fluggeschwindigkeitssteuerung
eingeschaltet ist, legen zwei Verstärker 262, 263 Eingangssignale an den Summierpunkt 242
aufgrund von entsprechenden Nickfehlersignalen auf den Leitungen 73 und 74 an.
Ein Merkmal der beschriebenen Schaltungsanordnung ist, daß die Fluggeschwindigkeitssteuerung in Abhängigkeit von der
Fluggeschwindigkeit automatisch eingeschaltet und automar tisch abgeschaltet wird. Um zu gewährleisten, daß (anders
als in Fällen, in denen die Außenschleife abschaltet) die Fluggeschwindigkeitssteuerung nicht disruptiv abschaltet,
:: s 1 a
wird der Fluggeschwindigkeitssteuerung nicht gestattet, abgeschaltet
zu werden,ausgenommen dann, wenn ihr Ausgangssignal
an den Nickkanälen sehr klein ist (was durch den 1%-Vergleicher 132 in Fig. 2 angezeigt wird). Wenn daher der
Pilot absichtlich die Geschwindigkeit des Flugzeuges unter 45 knot verringert und versucht, auf eine neue Fluggeschwindigkeit
zu trimmen, wird die Nachsynchronisierung des Nicklagekanals eine sofortige Nachsynchronisierung der Fluggeschwindigkeits-
und Nicklagefehler und das Rücksetzen des Fluggeschwindigkeitsintegrators (aufgrund der Schaltungsanordnung
oben in Fig. 3) bewirken. Wenn dieses Synchronisieren und Rücksetzen erfolgt, wird der Beitrag zu der Innenschleife
durch den Fluggeschwindigkeitsbefehl im wesentlichen null, da der Nicklagefehler auf der Leitung 73 (Fig. 4)
einen kleinen Beitrag über den Verstärker 262 liefern wird, und der Fluggeschwindigkeitsfehler, der im wesentlichen
null ist, wird einen kleinen Beitrag über den Proportionalzweig 240 und den Fluggeschwindigkeitsintegrator 241 liefern.
Dann kann das Fluggeschwindigkeitssteuerungseinschaltsignal auf der Leitung 136 verschwinden, wodurch der Schalter 244
geöffnet und das Flugzeug zu einer einfachen Fluglagesteuerung zurückgebracht wird, statt zu einer Kombination aus
Fluggeschwindigkeits- und Fluglagesteuerung.
- 3TJ -
Die Erfindung wird auf einfache Weise implementiert, wie es in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist. Wenn in Fig. 2 die
Fluggeschwindigkeit größer als 45 knot ist, so wird sie automatisch das Fluggeschwindigkeitseinschaltfreigabesignal
auf der Leitung 124 bewirken, welches automatisch das Fluggeschwindigkeit-eingeschaltet-Signal
auf der Leitung 136 bewirkt. Nach dem Einschalten wird die Fluggeschwindigkeit, sofern nicht die Nickaußenschleife vollständig abgeschaltet
ist, eingeschaltet bleiben, bis die Fluggeschwindigkeit unter 45 knot abfällt und der Fluggeschwindigkeitsbefehl
kleiner als 1% der Pilotenautorität ist, v?as durch den Vergleicher
132 angezeigt wird. Das Tasten der Fluggeschwindigkeit auf einen Wert unter 45 knot oder eine Trimmauslösung
unter 45 knot wird die Fluggeschwindigkeit synchronisieren und den Fluggeschwindigkeitsbefehl auf null bringen, wodurch
abgeschaltet wird. Darüber hinaus wird immer dann, wenn die Fluggeschwindigkeitssteuerung eingeschaltet ist, die zusätzliche
Verstärkung in dem Nicklagekanal mittels der Verstärker 262, 263 (Fig. 4) erzielt. Die Diskrepanz zwischen der
Bezugsfluglage, die durch den Piloten festgelegt wird, der sowohl die Fluglage als auch die Fluggeschwindigkeit in Vorwegnahme
einer Sollgeschwindigkeit synchronisiert, und der Fluglage, die notwendig ist, um die gewünschte Fluggeschwindigkeit
so synchronisiert zu ergeben, wird in dem Fluggeschwindigkeitsintegrator 241 berücksichtigt. Jedoch immer
dann, wenn der Pilot manövriert, wird das Abfühlen einer Kraft an dem Steuerknüppel bewirken, daß der Eingang (Schalter
252) des Fluggeschwindigkeitsintegrators offen ist, so daß sich große Fluggeschwindigkeitsfehler, die aus dem Manövrieren
resultieren, in dem Integrator nicht aufbauen werden. Wenn der Pilot mittels Kraftausübung mehr als sechs
Sekunden manövriert, wird das Kraft-verzögert-Signal auf der Leitung 109 weiterhin das Eingangssignal an dem Inverter 241
für sechs zusätzliche Sekunden nach dem Aufhören der Kraft blockieren, um der Fluglage zu gestatten, sich einzustellen.
Deshalb wird das Aufbauen von Fluggeschwindigkeitsfehlern,
■:: a 1 a
die ein Uberschwingen und ein Hin- und Herschwingen im Anschluß an das Aufhören der auf den Steuerknüppel ausgeübten
Kraft verursachen könnten, durch Blockieren des Integrators vermieden. Somit ergibt ein im wesentlichen künstliches
Fluggeschwindigkeitssystem, das oberhalb 45 knot aufgrund einer Synchronisierung durch den Piloten oder des Übergangs
bei einer bestimmten Fluglage und Fluggeschwindigkeit automatisch wirksam wird, keine Störungen, wenn es automatisch
eingeschaltet wird, und im wesentlichen keine Störungen, wenn es unterhalb der Schwellenwertfluggeschwindigkeit
abgeschaltet wird, wobei ein Mindestfluggeschwindigkeitsbefehl geliefert wird.
-> p 1 Q
j ο Ι ο
-TT-
Oben ist am Beispiel eines vereinfachten Blockschaltbildes die ausführliche Schaltungsanordnung mit Bezug auf eine
einfache positive Logik beschrieben worden, bei der entweder Relaiskontakte oder Schalter benutzt werden, um gewisse
Strompfade zu öffnen und zu schließen, Summierpunkte (bei denen es sich um Kombinationen von Widerständen an
dem korrekten invertierenden und nichtinvertierenden Eingang von geeigneten Verstärkern handelt), monostabile MuI-t!vibratoren,
die eine Rücksetzdominanz erfordern oder nicht, bistabile Schaltungen und dgl. Viele der oben beschriebenen
Funktionen können offenbar auf einfachere Weise erfüllt werden, indem mehr direkte und. komplementäre Ausgangssignale
und weniger Inverter verwendet werden« In vielen Fällen kann die beschriebene positive Logik leicht in
eine invertierende Logik umgerüstet werden, um sie für verfügbare Hardwarechips geeigneter verwendbar zu machen. Die
Beschreibung ist deshalb hauptsächlich anhand von Funktionsblöcken gegeben worden, und es sollte klar sein, daß zahlreiche
Abwandlungsmöglichkeiten bestehen, um dieselben oder äquivalente Funktionen und Kombinationen von Funktionen zu
erfüllen. Darüber hinaus können die Funktionen der vorstehend beschriebenen Einrichtungen (anders als die mechanischen
Funktionen und diejenigen Funktionen, die eine direkte Schnittstelle mit den mechanischen Funktionen haben)
durch die Verwendung eines geeignet programmierten Digitalrechners leicht implementiert werden. Die Umwandlung der
diskreten und analogen Funktionen, die oben beschrieben sind, in digitale Funktionen, die durch geeignete Software
in einem Computer ausgeführt werden, liegt im Rahmen fachmännischen Könnens, insbesondere bei Berücksichtigung der
Angaben der Äquivalenz in der weiter oben erwähnten deutschen Patentanmeldung P 31 29 547.9.
13
Die Erfindung kann in automatischen Flugsteuerungssystemen ausgeführt werden, die einzelne Kanäle für die Innenschleife
oder für die Außenschleife, Doppelkanäle für die Innenschleife
oder die Außenschleife oder noch mehr Kanäle für jede in verschiedenen Kombinationen haben. Die exemplarischen
Zustände, Größen, Zeitspannen und Beziehungen können zur Anpassung der Erfindung an jeden Gebrauch selbstverständlich
variiert werden. Aspekte der Erfindung können bei der automatischen Steuerung von verschiedenen Funktionen
ausgeführt werden, und zwar zusätzlich zu den oben als Beispiel beschriebenen Funktionen.
Claims (4)
1. System zum Positionieren von die Nicklage steuernden
aerodynamischen Flächen eines Flugzeuges, mit einer Steuervorrichtung, die auf eine durch einen
Piloten ausgeübte Kraft hin die aerodynamischen Flächen positioniert;
mit einer Nicklageeinrichtung zum Erzeugen eines die Istfluglage
des Flugzeuges in dessen Nickachse angebenden Fluglagesignals;
mit einer Fluggeschwindigkeitseinrichtung zum Erzeugen eines die Istfluggeschwindigkeit des Flugzeuges angebenden
Fluggeschwindigkeitss'ignals;
mit einer Stellantriebseinrichtung, die auf ein ihr zugeführtes Befehlseingangssignal hin die aerodynamischen
Flächen positioniert; und
mit auf die Nicklageeinrichtung und die Fluggeschwindigkeitseinrichtung
ansprechenden Signalverarbeitungseinrichtungen zum Erzeugen eines die Sollnicklage des Flugzeuges
ι η ο 1 Q
angebenden Nickbezugssignals, zum Erzeugen eines eine Sollgeschwindigkeit des Flugzeuges angebenden Fluggeschwindigkeitsbezugssignals,
zum wahlweisen Erzeugen eines Fluggeschwindigkeitseinschaltsignals, das die Tatsache angibt, daß die Steuereinrichtung der Stellantriebseinrichtung
Befehle zum Erreichen der Sollfluggeschwindigkeit hat, zum Erzeugen eines die Differenz
zwischen dem Nickbezugssignal und dem Istfluglagesignal angebenden Fluglagefehlersignals, und zum Erzeugen eines
die Differenz zwischen dem Fluggeschwindigkeitssignal und dem Fluggeschwindigkeitsbezugssignal angebenden
Fluggeschwindigkeitsfehlersignals, um alternativ der Stellantriebseinrichtung ein eine gewünschte Änderung
in der Flugzeugnicklage angebendes Nicklagebefehlssignal auf das Fluglagefehlersignal hin zu liefern, wenn das
Fluggeschwindigkeitseinschaltsignal nicht vorhanden ist, oder auf das Fluglagefehlersignal und auf das Fluggeschwindigkeit
sfehler signal hin, wenn das Fluggeschwindigkeit seinschaltsignal vorhanden ist;
dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen eine Einrichtung (122,
123) enthalten zum Liefern des Fluggeschwindigkeitseinschaltsignals, wenn das Fluggeschwindigkeitssignal eine
Fluggeschwindigkeit angibt, die über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, und zum anschließenden fortgesetzten
Liefern des Fluggeschwindigkeitseinschaltsignals selbst dann, wenn das Fluggeschwindigkeitsignal eine Fluggeschwindigkeit
angibt, die kleiner als der Schwellenwert ist, und wenn gleichzeitig das Fluggeschwindigkeitseinschaltsignal
und das Nicklagebefehlssignal eine gewünschte Änderung in der Flugzeugnicklage angeben, die über einer vorbestimmten
Größe liegt.
2. System nach Anspruch 1, mit einer durch den Piloten be-
ι <-■>. η
tätigbaren Einrichtung (44) zum Erzeugen eines Fluglagebezugseinstellsignals,
dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen eine Einrichtung
(232) enthalten, die auf das Fluglagebezugseinstellsignal hin bewirkt, daß das Fluggeschwindigkeitsbezugssignal
im wesentlichen gleich dem Fluggeschwindigkeitssignal ist, wodurch das Nickbefehlssignal kleiner als
der vorbestimmte Wert wird, wenn die Fluglage des Flugzeuges so ist, daß das Istfluglagesignal im wesentlichen
gleich dem Nickbezugssignal ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (34) vorgesehen ist, die auf die
Steuervorrichtung (27) hin ein Kraftsignal liefert, welches angibt, daß der Pilot eine Kraft auf die Steuervorrichtung
ausübt, und daß die Signalverarbeitungseinrichtungen eine Einrichtung (84, 240, 241) enthalten zum
Liefern eines Fluggeschwindigkeitsbefehlssignals als Proportional- und Integralfunktion des Fluggeschwindigkeitsfehlersignals,
zum Liefern des Nicklagebefehlssignals auf das Fluglagefehlersignal und das Fluggeschwindigkeitsbefehlssignal
hin, wenn das Fluggeschwindigkeitseinschaltsignal vorhanden ist, und zum Konstanthalten der
Integralfunktion, wenn das Kraftsignal vorhanden ist, wodurch Fluggeschwindigkeitsfehlersignale, die durch Pilotenmanöver
erzeugt werden, nicht in der Integralfunktion enthalten sind.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalverarbeitungseinrichtungen eine Einrichtung enthalten, die das Fluggeschwindigkeitsbezugssignal
im wesentlich identisch mit dem Fluggeschwindigkeitssignal liefert, wenn entweder das Fluggeschwindigkeitssignal
anfänglich eine Fluggeschwindigkeit angibt,
I -J -J
die über dem vorbestiitunten Wert liegt, oder wenn das
Fluggeschwindigkeitseinschaltsignal nicht vorhanden ist.
Fluggeschwindigkeitseinschaltsignal nicht vorhanden ist.
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Date | Code | Title | Description |
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