DE3210867A1 - System zum automatischen positionieren von aerodynamischen flaechen in einer steuerachse eines flugzeuges - Google Patents

Description

3210G67

PATEN^ANVW&LX MENGES & PRAHL

Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional representatives before the European Patent Office

Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5

Patentanwälte Mennos R Prahl. Frharrllslr Y,\ L) 80Of) Munchmi .'>

Dipl.-Ing. Rolf Mencjes Dipl. Cheitn Oi· Hoist Prahl

Telefon (089) 26 384/· Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAl Mniu-fifti

IhrZeichen/Yourref Unser Zeichen/Ourref-Datum/Date

U 772

24. März',982

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

System zum automatischen Positionieren von aerodynamischen Flächen in einer Steuerachse eines Flugzeuges

Die Erfindung betrifft ein automatisches Flugsteuerungssystem eines Flugzeuges und insbesondere Verbesserungen bei der Schaffung sowohl einer kurzzeitigen Stabilität mit begrenzter Autorität als auch einer Langzeitflugbahnsteuerung mit voller Autorität.

In einer traditionellen Ausführungsform enthält ein automatisches Flugsteuerungssystem eines Flugzeuges zwei Hauptuntersysteme für jede der Steuerachsen des Flugzeuges (z.B. die Roll- oder Gierachse). Eines dieser Untersysteme wird häufig als äußere Schleife oder Außenschleife bezeichnet, da es tatsächlich den Pilotensteuermechanismus auf dieselbe Weise bewegt, wie wenn ihn der Pilot bewegen würde, wobei es das auf eine Weise macht, die für den Piloten vollkommen sichtbar ist. Die Außenschleife hat die volle Pilotenautorität zum Steuern der betreffenden besonderen Achse, ist aber in der Geschwindigkeit, mit der sie die Autorität ausüben kann, begrenzt, damit momentane Endausschlagssituationen verhindert werden. Die Geschwindigkeitsbegrenzung der Außenschleife wird normalerweise dem Piloten eine Anzeige liefern, daß etwas falsch ist, und ihm*gestatten, über seine Steuermechanismen (Steuerknüppel oder Pedale, je nach Lage des Falles) Gegenbefehle einzugeben. Die Außenschleife eines automatischen Flugsteuerungssystems kann typische Autopilotfunktionen erfüllen, wie Fluggeschwindigkeit halten, Nick- und Rollage halten, Kurs halten und Höhe halten. Beispielsweise dient bei einem Hubschrauber der Steuerknüppel für periodische Blattverstellung zur periodischen Quersteuerung der Hauptrotorblätter durch Rechts- und Linksbewegungen, um dadurch die Rollage des Hubschraubers zu steuern, und zur periodischen Längssteuerung der Hauptrotörblätter durch Vor- und Zurückbewegungen, um dadurch die Nicklage des Hubschraubers zu steuern. Der Nickaußenschleifenkanal . bewegt tatsächlich den Steuerknüppel (in der Flugzeuglängsachse) vor und zurück, so daß, wenn nicht der Pilot einem elastischen Verbindungsmechanismus eine Kraft entgegensetzt, um die Aussenschleife zu überwinden, die Längsposition des Steuerknüppels gleich der sein wird, die durch den Außenschleifenstellantrieb für periodische Blattverstellung des automatischen Flugsteuerungssystems diktiert wird.

Die innere Schleife oder Innenschleife wird so vorgesehen, daß sie Istfluglagebefehle zu den durch die Außenschleife gelieferten Grundbefehlen addiert oder von diesen subtrahiert. Typischerweise ist ein schneller, begrenzte Autorität (in der Größenordnung von - 10% der Pilotenautorität) aufweisender Stellantrieb mit den Außenschleifenmechanismen in Reihe geschaltet, so daß die tatsächlichen Positionsbefehle für eine aerodynamische Fläche, die dem Flugzeug gegeben werden (wie beispielsweise dem Taumelscheibensteuermischer für periodische Blattverstellung eines Hubschraubers), sich um bis zu 10% von den durch die Außenschleife (entweder den Außenschleifenstellantrieb oder den den Steuerknüppel positionierenden Piloten) festgesetzten unterscheiden. Anders ausgedrückt, die Wirkung der Innenschleife ist um die Außenschleife zentriert. Das System ist so ausgebildet, daß die Innenschleife nicht die Außenschleife nachpositioniert; die Wirkung der Innenschleife spiegelt sich deshalb nicht in dem Steuerknüppel (oder den Pedalen) wider und ist deshalb für den Piloten unsichtbar. Zum Schaffen einer kurzzeitigen Stabilität wird der Innenschleife typischerweise Information aus Trägheitsfühlern zugeführt, die sich auf die zeitliche Änderung der Achsensteuerparameter (wie beispielsweise die Rollgeschwindigkeit in der Rollinnenschleife und die Giergeschwindigkeit in der Gierinnenschleife) beziehen. Dagegen wird der Außenschleife typischerweise Information aus Trägheitsfühlern geliefert, die sich auf den betreffenden Parameter bezieht (wie beispielsweise das Vertikalkreiselnickachsenausgangssignal und die Fluggeschwindigkeit in der Nickaußenschleife sowie der Kurskreisel in der Gieraußenschleife).

Systeme dieses Typs haben einen hohen Stand erreicht. In der Tat gestattet die große Vielfalt der Wahlmöglichkeiten, welche Fühlersignale benutzt werden und wie sie angelegt werden, buchstäblich das Verändern der scheinbaren Dynamik

des Flugzeuges. Beispielsweise können verschiedene Funktionen von Flugparameter anzeigenden Signalen benutzt werden, beispielsweise von Proportional-, Integral-, Geschwindigkeitsund Nacheilungssignalen oder eines Signals der negativen Flügel- oder Blattverwindung (verzögerte Geschwindigkeit), und diese können in verschiedenen Kombinationen benutzt werden. In jedem Fall muß jedoch die zum Steuern der Innenschleife und der Außenschleife benutzte Signalverarbeitung speziell maßgeschneidert werden, um sie der Flugzeugdynamik und dem gewünschten Ansprechen des Flugzeuges anzupassen. Daher kann die kombinierte Signalverarbeitung sowohl in der Innenschleife als auch in der Außenschleife zu einer großen Menge an Hardware oder Signalverarbeitungsleistung führen. Das gilt noch stärker in allen Fällen, in denen aus Sicherheitsgründen ein doppeltes System verwendet wird, wo also beispielsweise zwei Innenschleifenstellantriebe benutzt werden und jeder auf seine eigenen, gesonderten Trägheitsfühler oder Fühler anderer Art mit seinen eigenen Signalverarbeitungskanälen anspricht.

Ein weiteres Problem bei Systemen dieses Typs ist, daß die Außenschleife in der Nähe des Piloten angeordnet werden muß, da sie den durch den Piloten betätigbaren Steuermechanismus (z.B. Steuerknüppel, Pedale) enthält. Der Außenschleifenstellantrieb muß deshalb notwendigerweise in einer gewissen Entfernung von dem Hauptsteuerteil der aerodynamischen Fläche (wie beispielsweise dem Taumelscheibenmischer eines Hubschraubers) angeordnet sein. Das ergibt eine beträchtliche Hysterese in dem Außenschleifensteuersystem. Die Nacheilung zwischen dem Ansprechen der aerodynamischen Fläche und dem dieses Ansprechen hervorufenden Befehl kann groß genug werden, um eine Instabilität hervorzurufen, die nur durch zusätzliche Signalverarbeitung überwunden werden kann,welche bewirkt, daß die Befehle dem gewünschten Ansprechen voreilen, wodurch die Steuerungsstabilitatsprobleme noch komplizierter werden.

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten automatischen Flugsteuerungssystems zum Schaffen sowohl einer schnellen Innenschleife für begrenzte Autorität, kurzzeitige Flugzeugzellenstabilität und Glättung von Einwirkungen durch den Piloten als auch einer langsamen Außenschleife für eine Langzeitflugbahnsteuerung mit voller Autorität.

Gemäß der Erfindung werden in dem automatischen Flugsteuerungssystem eines Flugzeuges aus Flugzeugflugparameterfühlern gewonnene Signale benutzt, um eine schnelle, begrenzte Autorität aufweisende Innenschleife sowohl zur kurzzeitigen Flugzeugzellenstabilität als auch zur Langzeitflugbahnsteuerung anzusteuern, wobei der Mittelpunkt der Innenschleifenautorität durch Positionieren der Außenschleife auf Signale hin erfolgt, die Langzeitflugbahnsteuerungsfehler anzeigen. Weiter wird gemäß der Erfindung eine Funktion der Außenschleif enbefehlssignale, die den Autoritätsmittelpunkt der Innenschleife nachpositionieren, entgegengesetzt zu der Innenschleife zur Wirkung gebracht, so daß die Außenschleife die gewünschte Langzeitsteuerposition einnimmt und die Innenschleife entsprechend zurück zu dem Mittelpunkt der Innenschleifenautorität gebracht wird, statt Fühleranzeigen von Änderungen in den Flugzeugzellenflugbedingungen heranzuziehen, um der Innenschleife verkleinerte Fehlersignale zuzuführen. Außerdem ist gemäß der Erfindung die Außenschleifennachzentrierung der Innenschleifenautorität in Abhängigkeit von der Größe von Außenschleifeneingangsbefehlen, erwarteten Außenschleifeneingangsbefehlen und die Wahrscheinlichkeit von erwarteten Befehlen anzeigenden Flugbedingungen adaptiv. Die Außenschleife ist mit einer größeren Ansprechgeschwindigkeit auf einen durch das Außenschleifeneingangssignal und durch die Änderungsgeschwindigkeit eines auf das Außenschleifeneingangssignal bezogenen Parameters angezeigten großen Bedarf versehen, und die An.sprechqe-

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schwindigkeit kann in Abhängigkeit davon, ob sich das Flugzeug oberhalb oder unterhalb einer Schwellenwertreisefluggeschwindigkeit befindet, verändert werden. Ferner ist gemäß diesem Aspekt der Erfindung ein automatisches Flugsteuerungssystem für die Fluglage des Flugzeuges, das mit einer begrenzte Autorität aufweisenden, schnellen Innenschleife versehen ist, deren Autorität durch eine volle Autorität aufweisende, langsame Außenschleife zentriert wird, normalerweise mit einer ersten Ansprechgeschwindigkeit betreibbar und arbeitet mit einer höheren Ansprechgeschwindigke.it in Abhängigkeit von der Summe von Fluglagebefehlen und einer verzögerten zeitlichen Änderung der zugehörigen Fluglage.

Die Erfindung schafft ein einfaches automatisches Flugsteuerungssystem für ein Flugzeug, in welchem die Außenschleife nur zum Positionieren der Autorität einer begrenzte Autorität aufweisenden, schnellen Innenschleife dient. Die Steuoruntj der Außenschleife kann auf eine Weise erfolgen, die die Flugzcugdynamik praktisch außer Betracht läßt, wodurch sich eine einfache Signalverarbeitung für die Außenschleife ergibt. Da das Flugzeug auf aus Flugbedingungen anzeigenden Fühlern gewonnene verarbeitete Signale nur über die Innenschleife anspricht und da die Innenschleifenstellantriebe in der Nähe der die aerodynamischen Flächen steuernden Vorrichtungen angebracht werden können, wird die Hysterese minimiert, es wird ein besserer Frequenzgang erzeugt, und nennenswerte Phasennacheilungen werden vermieden. Deshalb wird ein stabiles automatisches Flugsteuerungssystem mit einem Minimum an Steuersignalverarbeitung leicht implementiert. Die Erfindung vermeidet außerdem die Notwendigkeit einer auf Flugparameter bezogenen Regelung eines Außenschleifensystems mit einem geschlossenen Regelkreis,

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da der Regelkreisbefehl des Flugzustands auf Flugzeugfühler hin über die Innenschleife ausgeführt wird. Da die Innenschleife eine große Ansprechgeschwindigkeit hat, können über diese sämtliche Flugzustände berücksichtigt werden; da die Innenschleife eine begrenzte Autorität hat, besteht keine Gefahr, daß es zu Endausschlagssituationen für die Flugzeugzelle kommt. Deshalb kann der Verlust der Außenschleife dem Piloten ein vollständiges Autopilotsystem mit voller Autorität belassen, vorausgesetzt nur, daß er gelegentlich die Außenschleife von Hand nachtrimmt, so daß die Innenschleife ausreichend nahe bei ihrem Autoritatsmittelpunkt gehalten wird.

Die Erfindung kann mit analoger, digitaler oder computergestützter Signalverarbeitung implementiert werden, wobei lediglich Einrichtungen und Techniken benutzt werden, die unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung im Rahmen fachmännischen Könnens liegen.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild des

Kanals für periodische Längssteuerung eines automatischen Flugsteuerungssystems , in welchem die Erfindung implementiert werden kann,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines

Nickaußenschleifenintegrators und von Steuerschaltungen desselben zur Verwendung in dem System von Fig. 1,

Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild von

Impulsgeber-, Abschalt- und Trimmstell-. antriebssteuerschaltungen zur Verwendung in dem System von Fig. 1,

Fig. 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild des

Kanals für periodische Quersteuerung eines automatischen Flugsteuersystems eines Flugzeugs, in welchem die Erfindung implementiert werden kann, und

Fig. 5 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines

Rollaußenschleifenintegrators und von Steuerschaltungen desselben zur Verwendung in dem System von Fig. 4.

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Fig. 1 zeigt ein Steuersystem für periodische Längssteuerung eines Hubschraubers zur Steuerung der Nicklage (Längsneigung) des Hubschraubers, in welchem die Erfindung geeignet implementiert werden kann und welches zwei Innenschleifenstellantriebe 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 Leistungen 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 und dienen zum Erkennen der Bewegung des Steuerknüppels 27, die dieser gegen die Wirkung der Feder 29 in der einen oder anderen Richtung ausführt. Das Schließen eines der Schalter 31, 32 ergibt ein

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Signal auf einer von zwei Leitungen 33, das 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 2 9 mit dem Nickaußorischleifentrlmmstellantrieb

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 dienen zum Verstellen des Steuerknüppels 2 7 in eine Position, die die Istbefehle angibt, die der Verbindung 15 infolge der Bewegung der Stellantriebe 12, 13 geliefert werden. Der Nickautomatikabschaltkreis 38 liefert ein Nickaußonschleif enabscha.lt!* Lqnal 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 Nickwendo- oder -geschwindic jkeitssiqnale auf licitungen 52, 53, Nicklage- und Fluggeschwindigkeitssteuersignale auf Leitungen 54, 55 und Außenschleifenkompensationssignale auf Leitungen 56, 57 summieren. Die Außenschleifenkompensationssignale werden durch Nacheilungsverstärker 58, 59 geliefert,

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die durch das Ausgangssignal des Nickaußenschleifenintegrators 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 Sununierpunkt 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 -tastschaltungen 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 Soll- oder Bezugsnicklage des Hubschraubers angeben. Logikschaltungen 72 sind mit den Nicklagesynchronisier- und -tastschaltungen 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, 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 kurz-

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zeitige automatische Nicklagesteuerung, die durch die Stellantriebe 12, 13 erfolgen kann, wird somit a 10%) der Gesamtpilotenautorität begrenzt.

triebe 12, 13 erfolgen kann, wird somit auf - 5% (insgesamt

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 im Einsatz 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 oder Übergänge von unter 40 knot auf über 40 knot 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.

Die Fluggeschwindigkeitssteuerschaltung 84 und die Logikschaltungen 72 sind ausführlich in einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung beschrieben, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial No. 249 269, vom 30. März 1981 in Anspruch genommen worden ist.

Der Nickaußenschleifenintegrator 41 ist ausführlich in Fig. 2 dargestellt. Der Nickaußenschleifenintegrator 41 enthält einen Verstärker 90 mit einem Rückkopplungskondensator 91, der einen Integrator bildet, dessen effektive Zeitkonstante von dem Wert des an ihn angeschlossenen Eingangswiderstands abhängig ist. In dem allgemeinen Fall ist ein erster Wider-

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stand 92 zwischen den Ausgang des Summierpunkts 60 (Fig, 1) an einer Leitung 61 und den Eingang des Integrators 41 durch einen Schalter 93 geschaltet, der durch ein Signal auf einer Leitung 94 betätigt wird, wenn die Fluggeschwindigkeit größer als 60 knot ist. Ein zweiter Widerstand 95 wird durch Betätigung eines Schalters 96 auf ein Signal auf einer Leitung 97 hin zugeschaltet, wenn die Fluggeschwindigkeit kleiner als 60 knot ist. Der Widerstand 95 kann etwas kleiner sein als der Widerstand 92, so daß sich eine kleinere effektive Zeitkonstante des Integrators 41 bei Fluggeschwindigkeiten von über 60 knot als bei Fluggeschwindigkeiten von unter 60 knot ergibt. Das gestattet der Außenschleife, bei höheren Fluggeschwindigkeiten etwas schneller zu folgen (auf im folgenden beschriebene Weise) als bei niedrigeren Fluggeschwindigkeiten. Weiter kann ein Widerstand 100, der eine Größenordnung kleiner ist als die Widerstände 92, 95, durch einen Schalter 101 auf ein Signal 102 hin zugeschaltet werden, das einen Zustand großen Bedarfs (schnelle Änderung der Nicklage) angibt. Der Integrator 41 wird normalerweise rückgesetzt: bei jeder schrittweisen Bewegung des Nickaußenschleifentrimmstellantriebs 37; immer dann, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet; während einer Trimmauslösung; und immer dannn, wenn der Nickaußenschleifenkanal abgeschaltet wird; was alles im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 noch ausführlicher beschrieben ist. Die Rücksetzfunktion wird auf ein Rücksetznickaußenschleifenintegratorsignal auf einer Leitung 104 hin ausgeführt, das bewirkt, daß ein Schalter 105 einen mäßig kleinen Widerstand 106 zu dem Kondensator 91 parallel schaltet, so daß dieser veranlaßt wird, sich in etwa 10 ms voll zu entladen.

Immer dann, wenn der Pilot auf den Steuerknüppel einwirkt (d.h. eine ausreichende Kraft ausübt, damit einer der Schalter 31, 32 geschlossen wird) und dadurch das Nickkraftsignal auf der Leitung 35 liefert, wird der Eingang des Nickaußenschleifen-

integrators 41 geöffnet, so daß der Integrator seinen gegenwärtigen Wert behält. Das wird erreicht, indem das Nickkraftsignal auf der Leitung 35 an eine ODER-Schaltung angelegt wird, die einen Inverter 111 betätigt, wodurch ein Freigabesignal auf einer Leitung 112 beseitigt wird, das an mehreren UND-Schaltungen 113-115 anliegt, so daß sämtliche Schalter 93, 96, 101 offen sind. Immer dann, wenn das Nickkraftsignal von der Leitung 35 verschwindet, aktiviert ein Inverter 11 8 den Setzeingang eines in 3 Sekunden rücksetzbaren monostabilen Multivibrators 119, so daß ein 3-Sekunden-Impuls über eine Leitung 120 an die ODER-Schaltung 110 angelegt und so weiterhin das Signal auf der Leitung 112 mit Hilfe des Inverters 111 für weitere 3 Sekunden blockiert wird. Wenn aber ein Zustand hohen Bedarfs vorhanden ist, was durch ein Signal auf einer Leitung 122 angezeigt wird, wird der monostabile Multivibrator 119 sofort rückgesetzt, so daß das Freigabesignal auf der Leitung 112 sofort erscheinen kann. Das großen Bedarf anzeigende Signal auf der Leitung 122 wird an die UND-Schaltung 115 und über einen Inverter 123 an die UND-Schaltungen 113, 114 angelegt, wodurch gewährleistet wird, daß der Schalter 101 geschlossen wird und die Schalter 93 und 96 während Perioden großen Bedarfs offen sind. Das großen Bedarf anzeigende Signal auf der Leitung 122 wird durch einen Fenstervergleicher 124 erzeugt, der Referenzspannungen aufweist, die +5% und -5% der vollen Pilotenautorität äquivalent sind. Der Fenstervergleicher 124 wird durch einen Summierpunkt 125 gespeist, der die Nicklagesignale auf den Leitungen 54 und 55 und das Ausgangssignal eines Nacheilungsverstärkers 126 summiert. Der Nacheilungsverstärker 126 spricht auf das Ausgangssignal eines Summierpunkts 127 an, der ein Signal als Summe der Nickgeschwindigkeitssignale auf den Leitungen 52, 53 liefert. Wenn der begrenzte Nicklagefehler und die Nickgeschwindigkeit beider Kanäle 5% der Pilotenautorität übersteigen, wird daher ein Zustand großen Bedarfs abgefühlt,

der dem Nickaußenschleifenintegrator gestattet, eine kleinere Zeitkonstante zu haben, so daß er (auf mit Bezug auf Fig. 3 beschriebene Weise) den Nickaußenschleifentrimmstellantrieb 37 mit einer größeren Geschwindigkeit schrittweise betätigt, um dem großen Bedarf zu folgen. Wenn beispielsweise ein Pilot eine Höhenänderung vornehmen möchte und den Steuerknüppel für kollektive Blattverstellung verstellt, bewirkt die (hauptsächlich aerodynamische) Kopplung zwischen der Achse für kollektive Blattverstellung und der Nicklageachse des Flugzeuges beträchtliche Nicklageänderungen; beispielsweise bewirkt eine Vergrößerung der kollektiven Blattverstellung, daß der Hubschrauber schnell eine schwanzlastige Fluglage einnimmt. In dieser Situation ist die (negativ zunehmende) Nickgeschwindigkeit in derselben Phase mit der (negativen) Nicklage und dient zum Beschleunigen des Prozesses des Eintretens in die Betriebsart großen Bedarfs· Die kleinere Zeitkonstante, die durch das Signal großen Bedarfs auf der Leitung 122 erzeugt wird, bewirkt, daß Eingangssignale auf der Leitung 61 schneller integriert werden. Das ist dem Vorhandensein von Fluggeschwindigkeitsund Nicklagebefehlssignalen auf der Leitung 61 äquivalent, die größer sind als sie tatsächlich sind. Die Nickgeschwindigkeitssignale werden jedoch hauptsächlich geliefert, um "Kipp"("tuck over")-Situationen beim Herauskommen aus Kurven zu vermeiden. In einer Kurve zieht der Pilot den Bug nach oben (rückwärts, minus), um die Höhe zu halten. Beim Herauskommen aus der Kurve und beim Wiedereinnehmen einer "Horizontallage "-Situation drückt der Pilot den Bug nach unten (vorwärts, plus) und läßt dann den Steuerknüppel los. Die Nicklage, die noch positiv ist, nimmt mit hoher Geschwindigkeit ab, wenn der Hubschrauber in die Nicktrimmlage zurückkehrt, die der Position des Steuerknüppels entspricht. Das ist eine aerodynamisch selbstkorrigierende Situation, die in einer sehr kurzen Zeit automatisch gemildert wird, wenn sie sich selbst überlassen wird. Weil die Geschwindigkeit

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des Nicklagebefehls (abnehmend) entgegengesetzt zu dem Nicklagebefehl (positiv) an diesem Punkt des Manövers ist und weil die Geschwindigkeit des Nicklagebefehls wahrscheinlich groß ist, obgleich der Nicklagebefehl relativ klein ist, könnte die Geschwindigkeit der Signale hoch genug sein, um die Befehlssignale zu überwinden und trotzdem eine ausreichende Größe zu haben, um den Vergleicher 124 zu triggern und die Betriebsart großen Bedarfs herzustellen. Das bewirkt eine schnelle Integration der relativ kleinen Nicklagesigna-Ie, was dem Vorhandensein von großen Nicklagebefehlssignalen in der Vorwärtsrichtung auf der Leitung 61 äquivalent ist. Die schnelle Integration drückt den Bug noch weiter nach unten, und es kann sehr schnell ein Sturzflug beginnen. In einigen Fällen kann der Effekt unkompensierbar sein. Der Nacheilungsverstärker 126 verzögert das Geschwindigkeitssignal ausreichend, so daß der anfänglich hohe Geschwindigkeitsbeitrag, der größer sein kann als der Nicklagebeitrag, reduziert wird, aber die relativ niedrigere Geschwindigkeit ist, wenn die Nicklage zur Ruhe kommt, ausreichend, um die positive Nicklage daran zu hindern, einen großen Bedarf hervorzurufen, wie oben beschrieben.

Die UND-Schaltung 113 spricht normalerweise auf ein eine Fluggeschwindigkeit von über 60 knot angebendes Signal auf der Leitung 87 an (wenn dieses vorhanden ist), um das Signal auf der Leiluruj 94 abzugeben, und, wenn das eine Fluggeschwindigkeit über 60 knot angebende Signal auf der Leitung 87 nicht vorhanden ist, wird ein Inverter 129 normalerweise bewirken, daß die UND-Schaltung 114 das Signal auf der Leitung 97 abgibt.

Der Nickimpulsgeber 39, der Nickaußenschleifenautomatikabschaltkreis 38 und der Nickaußenschleifentrimmstellantrieb 37 sind ausführlich in Fig. 3 dargestellt. Immer dann, wenn

die Summe von begrenzten Nicklagebefehlen auf den Leitungen 54, 55 (Fig. 1), deren Ergebnis auf der Leitung 61 durch den Summierpunkt 60 geliefert wird, von null verschieden ist, wird der Nickaußenschleifenintegrator 41 diese Signale integrieren (unter der Voraussetzung, daß korrekte Steuersignale vorhanden sind, die mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wurden). Wenn die Signale ständig in derselben Richtung (vorwärts oder rückwärts) sind, wird das Nickaussenschleifenintegratorausgangssignal auf der Leitung 40. später eine Größe erreichen, die 2% der vollen Pilotenautorität entweder in der Vorwärtsrichtung oder in der Rückwärtsrichtung äquivalent ist. In der Vorwärtsrichtung wird das bewirken, daß ein Vergleicher 130 (der eine Bezugsspannung hat, die gleich +2% der Pilotenautorität ist) ein Signal auf einer Leitung 131 liefert. In der Rückwärtsrichtung wird es bewirken, daß ein Vergleicher 132 (der eine Bezugsspannung hat, die -2% der vollen Pilotenautorität äquivalent ist) ein Signal auf einer Leitung 133 liefert. In dem normalen Fall gibt es außerdem ein Signal auf einer Leitung 134, so daß eine von zwei UND-Schaltungen 135, 136 einen entsprechenden monostabilen 0,6-Sekunden-Multivibrator 137 oder 138 in Gang setzt, damit ein Impuls auf einer entsprechenden Leitung 139 oder 140 geliefert wird. Wenn angenommen wird, daß zwei Arbeitskontakte 141, 142 geschlossen sind, so wird eine zugeordnete Relaisspule 143, 144 erregt. Das wird zur Folge haben, daß ein entsprechender Arbeitskontakt 146, 147 geschlossen und Strom aus einer normalen Quelle 148 (mit beispielsweise -28 V) entweder einem Uhrzeigersinn- oder einem Gegenuhrzeigersinneingang eines Drehstellantriebs 150 zugeführt wird, der den Steuerknüppel 27 (Fig. 1) über die Feder 29 in der einen oder anderen Richtung bewegen kann. Der Stellantrieb 150 ist außerdem mit einer Kupplung versehen, die die Verbindung 36 (Fig. 1) von dem bewegbaren Anker des Stellantriebs immer dann löst, wenn ein Kupplungseinrückeingang, der aus einer geeigneten Quelle

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151 gespeist wird, abgeschaltet wird, indem der Relaisruhekontakt 152 geöffnet wird. Ein Beispiel dieses Typs von Drehstellantrieb ist das Modell Nr. R4610M23-1 der Plessey Dynamics Corp., Hillside, New Jersey. Selbstverständlich können andere Dreh- und Linearstellantriebe (in geeigneten Fällen entweder elektrische oder hydraulische) benutzt werden, wenn es die Implementierung der Erfindung rechtfertigt.

Die Erzeugung eines Impulses auf den Leitungen 139, 140 als Folge des Integrierens entweder in der Vorwärts- oder in der Rückwärtsrichtung bis zu dem Ausmaß von 2% der Pilotenautorität bewirkt, daß eine ODER-Schaltung 160 ein Signal auf einer Leitung 161 erzeugt, welches angibt, daß an den Stellantrieb ein Impuls angelegt wurde, der einen Schritt hervorrief. Die Hauptfunktion des Signals auf der Leitung 161 besteht darin, einen monostabilen 13-ms-Multivibrator 162 zu aktivieren, damit dieser einen Impuls auf einer Leitung 163 liefert, der über eine ODER-Schaltung 164 den Rücksetznickaußenschleifenintegratorsignalimpuls auf der Leitung 104 ergibt. In Fig. 2 aktiviert dieser den Schalter 105 und bewirkt das Rücksetzen des Nickaußenschleifenintegrators 41. Jedesmal dann, wenn der Gesamtnicklagebefehl auf 2% der Pilotenautorität integriert worden ist, wird daher der Stellantrieb 150 um ein Inkrement betätigt und der Integrator 41 wird rückgesetzt.

Um zu gewährleisten, daß keiner der monostabilen Multivibratoren 137, 138 in einer Endausschlagssituation verriegelt wird, durch die der Stellantrieb 150 ständig angesteuert und der Steuerknüppel ständig in die eine oder andere Richtung gedrückt würde, ist ein 1-Sekunde-Alarmzeltgeber vorgesehen. Dieser enthält in dem hier beschriebenen Beispiel eine UND-Schaltung 165, die auf jeden Impuls auf der Leitung 161 hin

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Signale aus einer Taktschaltung 166 zu einem rücksetzbaren Zähler 167 inib derartiger Geschwindigkeit durchläßt, daß dieser in etwa einer Sekunde einen Endzählwert erreicht und ein Signal auf einer Leitung 168 liefert, sofern nicht ein Signal an einen Rücksetzeingang über eine Leitung 169 durch einen Inverter 170 auf das Signal auf der Leitung 161 hin (welches das NichtVorhandensein beider Impulse auf den Leitungen 139, 140 angibt) vor dem Erreichen seines Endzählwertes angelegt wird. Da als monostabile Multivibratoren 13 7,138 solche zur Vorderflankenerkennung benutzt werden, ist es möglich, daß die Integrationsgeschwindigkeit ausreichend groß werden könnte, daß ein Ausgangssignal von einem der Vergleicher 130, 132 ein zweitesmal innerhalb von 0,6 s eines erstmaligen Abgebens eines solchen Ausgangssignals geliefert würde. Daher könnte eine der UND-Schaltungen 135, 136 eine Spannungswertverschiebung in den zugeordneten monostabilen Multivibrator 137, 138 während der Zeitspanne ergeben, während der der monostabile Multivibrator noch in der Zeitsperre ist. In einem solchen Fall würde dieses Ereignis verloren gehen und würde nicht einen entsprechenden zweiten Impuls auf einer der Leitungen 139, 140 verursachen, so daß die Position des Stellantriebs 150 beginnen würde, der gewünschten Position nachzueilen. Da dieses Ereignis außerdem ein Rücksetzen des Integrators verhindert, wird der Auslösewert nicht wieder durchquert. Es könnte keinen weiteren Impuls für eine gewisse Zeitspanne bewirken (bis das Intcgratorausgangssignal unter den 2%-Vergleicherwert abgesunken ist),so daß die Außenschleife nicht wie gewünscht zu der Innenschleife aufschließen könnte. Zum Vermeiden dieser Situation wird das Signal auf der Leitung 161 über einen Inverter 172 geleitet, so daß die UND-Schaltungen 135, 136 während der Zeitsperre der monostabilen Multivibratoren 137, 138 blockiert werden. Wenn der 0,6-s-Impuls auf den Leitungen 139, 140 aufhört, dann wird der Inverter 172 wieder das Signal auf der Leitung 134 liefern, welches eine der UND-

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Schaltungen 135, 136 veranlaßt, eine Spannungswertverschiebung an dem Eingang des zugeordneten monostabilen Multivibrators 137, 138 vorzunehmen und so den gewünschten Impuls auf einer der Leitungen 139, 140 zu liefern. Die Impulse auf den Leitungen Ί39, 140 können daher bis zu etwa 0,6 s der Aktivieruncj eines der Vergleicher 130, 132 nacheilen, ohne daß das Auftreten des Impulses völlig verloren geht. In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Schaltungsanordnung so aufgebaut sein, daß bei vorhandenem Signal großen Bedarfes auf der Leitung 122 (Fig. 2) und bei vollen 5% Autorität (die Summe der 2,5%-begrenzten-Nicklagebefehle auf den Leitungen 54, 55 in Fig. 1) der Integrator die 2% Autorität erreichen wird, die notwendig sind, um einen Impuls in etwa 0,67 s zu verursachen. Das ergibt etwa 3,0% pro Sekunde und etwa 2% pro Impuls.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 erfolgt die automatische Steuerung der Nicklage mittels der Nickinnenschleifenstellantriebe 12, 13, die Mischereingangssignale von einer Nennposition, die durch die Position der Außenschleife (den Steuerknüppel 27 und den Nickaußenschleifenstellantrieb 37) festgelegt wird, subtrahieren und zu Ihr addieren. Wenn einer der Nickinnenschleifenstellantriebe 12, 13 (oder die ihnen Befehle liefernde Schaltungsanordnung) ausfällt oder eine beträchtliche Verstärkungsänderung hat, wird der andere Stellantrieb innerhalb der Grenzen des Systems ausreichend Eingangssignale an den Mischer abgeben, um diejenigen weitgehend zu kompensieren, die durch den gestörten Stellantrieb geliefert werden. Das wird als ein "ein/ein"-Systemtyp bezeichnet, bei dem ein Stellantrieb normalerweise nur die Hälfte des Eingangssignals liefert. Die meisten Nickinnenschleifenstellantriebsfehler werden von dem Typ sein, der entweder innerhalb des Stellantriebs auftritt (z.B. der Stellantrieb wird offen und kann sich nicht bewegen oder er befindet sich in einem Endausschlagszustand und bewegt

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sich an einen seiner Anschläge oder in der geschlossenen Servoschleife (d.h. in denjenigen Teilen, die in Fig. 1 ganz rechts dargestellt sind). Da die besondere Störung oder die Art derselben nicht ohne Hinzufügung von komplexen Diagnoseeinrichtungen festgestellt werden kann, muß deshalb angenommen werden, daß die Nicklagesignale, die versuchen, beide Stellantriebe zu bewegen, die Tatsache widerspiegeln werden, daß einer von ihnen in einer Endausschlagssituation ist, so daß die Fluglage den Befehlen nacheilt, was große Eingangssignale an dem Außenschleifenzentriersystem zur Folge hat. Wenn es zu einem Versagen eines der Stellantriebe kommt, werden deshalb die in das Außenschleif enzentriersystem eingegebenen Signale bewirken, daß das Außenschleifenzentriersystem versucht, dem gestörten Stellantrieb zu folgen, was die Dinge noch schlechter macht.

Um zu vermeiden, daß das Außensehleifenzentriersystem einem fehlerhaften Innenschleifenstellantrieb folgt, werden die Stellantriebspositionssignale auf den Leitungen 22, 23 in einem Summierpunkt 180 subtrahiert, und ein Signal, das die Differenz zwischen den beiden Stellantriebspositionen angibt, wird über eine Leitung 181 an einen Fenstervergleicher 182 angelegt, der Bezugsspannungen hat, welche +4% der vollen Pilotenautorität äquivalent sind. Sollten die Nickstellantriebspositionen um mehr als 4% der Pilotenautorität differieren, wird deshalb der Fenstervergleieher 182 ein Signal auf einer Leitung 183 abgeben, welches bewirkt, daß eine ODER-Schaltung 184 eine bistabile Nickaußenschleifenabschalteinrichtung 185 setzt und dadurch das Nickaußenschleifenabschaltsignal auf der Leitung 42 geliefert wird. Die bistabile Einrichtung 185 kann außerdem über die ODER-Schaltung 184 durch das Signal auf der Leitung 168 gesetzt werden, welches die Tatsache angibt, daß einer der monostabilen 0,6-s-Multivibratoren 137, 138 im EIN-Zustand ausgefallen ist.

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üas Nickaußenschleifenabschaltsignal auf der Leitung 42 wird an die ODER-Schaltung 164 angelegt und wird deshalb das Rücksetzen des Nickaußenschleifenintegrators als Folge des Signals auf der Leitung 104 auf oben mit Bezug auf Fig. 2 beschriebene Weise bewirken. Die ODER-Schaltung 164 wird außerdem das Rücksetzen des Nickaußenschleifenintegrators immer dann bewirken, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet, was durch ein Boden-Signal auf einer Leitung 186 angezeigt wird, und immer dann, wenn die Trimmauslösung gedrückt ist, was durch das Signal auf der Leitung 45 angezeigt wird.

Das Nickaußenschleifenabschaltsignal auf der Leitung 42 wird außerdem an eine ODER-Schaltung 188 zusammen mit dem Nickkraftsignal auf der Leitung 35 angelegt, um zu bewirken, daß ein Inverter 189 aufhört, Strom an eine Relaisspule abzugeben, wodurch bewirkt wird, daß die Kontakte 141, öffnen, so daß jedwede Impulse auf den Leitungen 139, 140 an dem Stellantrieb 37 verkürzt werden und keine weiteren Impulse angelegt werden können. Selbstverständlich können bei infolge des Signals auf der Leitung 104, das ebenfalls durch das Nickaußenschleifenabschaltsignal 42 verursacht wird, sich ständig im rückgesetzten Zustand befindlichem Nickaußenschleifenintegrator keine weiteren Impulse auf den Leitungen 139, 140 während der Nickaußenschleifenabschaltung erzeugt werden. Immer dann, wenn die Kontakte 141, 142 infolge des Nickkraftsignals auf der Leitung 42 geöffnet sind, ist der Nickaußenschleifenintegratoreingang infolge des Inverters 111 (Fig. 2) offen, wie oben beschrieben. Die bistabile Nickaußenschleifenabschalteinrichtung 185 wird durch einen 0,5-s-Impuls auf einer Leitung 191 aus einem monostabilen Multivibrator 192 immer dann rückgesetzt, wenn die Außenschleifenfunktion für periodische Blattverstellung eingeschaltet wird, die normalerweise so-

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wohl den Außenschleifenkanal für die periodische Längssteuerung (Nickkanal) als auch den Außenschleifenkanal für die periodische Quersteuerung (Rollkanal) umfaßt.

Ein exemplarisches Rollsystem, bei welchem eine automatische Außenschleifenzentrierung von Innenschleifensteuereinrichtungen benutzt wird, ist in Fig. 4 kurz dargestellt. Dieses System ist mit dem mit Bezug auf Fig. 1 oben beschriebenen Nicksystem im wesentlichen identisch, mit Ausnahme der Fluggeschwindigkeitssteuerschaltungen 84 (Fig. 1). Der Rollkanal kann eine Flugleitanlage 200 (oder eine andere automatische Rollsteuerleitanlage) haben. In Fig. 4 haben die Signalleitungen, die sich speziell auf die Beschreibung eines RoIlaußenschleifenintegrators 201 gemäß Fig. 5 beziehen, dieselben Bezugszahlen wie die entsprechenden Nickkanalleitungen von Fig. 1, aber mit dem Zusatz "R".

Gemäß Fig. 5 enthält der Rollaußenschleifenintegrator 201 einen Verstärker 202 mit einem Rückkopplungskondensator 203, der rückgesetzt werden kann, indem ein Schalter 204 zum Entladen des Kondensators 203 über einen Widerstand 205 geschlossen wird. Der Schalter 204 wird durch das Vorhandensein eines Rücksetzrollaußenschleifenintegratorsignals auf einer Leitung 206 geschlossen. Die Erzeugung dieses Signals erfolgt entsprechend der Erzeugung des Rücksetznickaußenschleifenintegratorsignals auf der Leitung 104, wie oben beschrieben. Die Verstärkung und deshalb die äquivalente Zeitkonstante für die Integration des Rollaußenschleifenintegrators 201 kann eingestellt werden, indem der gewünschte Eingangswiderstand 210, 211 mittels zugeordneter Schalter 212, 213 gewählt wird, die durch Signale auf Leitungen 214, 215 aus UND-Schaltungen 216 bzw. 217 aktiviert werden, welche in Funktion sind, wenn die Fluggeschwindigkeit über 60 knot ist, wie durch ein Signal auf der Leitung 87 angegeben, oder wenn sie unter 60 knot ist, wie durch ein

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Signal auf einer Leitung 218 angegeben, das durch einen Inverter 219 geliefert wird. Eine geringfügige Änderung der Integrationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Fluggeschwindigkeit erfolgt daher in dem Rollinnenschleifenintegrator 201 auf ähnliche Weise wie bei dem Nickaußenschleifenintegrator 41, wie oben beschrieben. Beide UND-Schaltungen 216, 217 können durch das Nichtvorhandensein eines Signals auf einer Leitung 220 blockiert werden, wobei dieses Signal normalerweise das Nichtvorhandensein einer Pilotensteuerknüppelkraft in der Rollrichtung angibt. Immer dann, wenn der Pilot eine seitliche Kraft auf den Steuerknüppel 2 7 ausübt, bewirkt das Rollkraftsignal auf der Leitung 35R, daß eine ODER-Schaltung 221 ein Eingangssignal an einen Iverter 222 anlegt, welches bewirkt, daß das Signal auf der Leitung 220 den Signalwert L annimmt. Der Eingang des Rollaußenschleifenintegrators 201 wird deshalb offen. Das Signal auf der Leitung 35R setzt außerdem eine bistabile Schaltung 224, so daß selbst nach dem Aufhören der auf den Steuerknüppel ausgeübten seitlichen Kraft und dem Verschwinden des Signals auf der Leitung 35R die Setzseite der bistabilen Schaltung 224 ein Signal über die ODER-Schaltung 221 leiten wird, um den Betrieb des Inverters 222 aufrechtzuerhalten, was bewirkt, daß der Eingang des Rollaußenschlexfenintegrators 201 weiterhin offen bleibt. Obgleich die Kraft aufgehört hat, so daß der Rollaußenschleifentrimmstellantrieb mit den Impulsgebern (äquivalent den Kontakten 141, 142 in Fig. 3) verbunden ist, kann es deshalb keine. Änderung in dem Integrator geben, solange die bistabile Schaltung 224 gesetzt ist. Wegen eines Inverters 225 kann die bistabile Schaltung 224 nicht rückgesetzt werden, solange die Kraft ausgeübt wird. Wenn aber das Rollkraftsignal auf der Leitung 35R verschwindet, bewirkt eine ODER-Schaltung 22 6, daß eine UND-Schaltung 227 ein Signal an die Rücksetzseite der bistabilen Schaltung 224 anlegt, das diese rücksetzt. Die ODER-Schaltung 226 spricht auf ein Rolltastsignal auf einer Leitung

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228 an, das auf einfache Weise durch Abfühlen des Schließe.ns der seitlichen Schalter in dem Taster 46 (Fig. 4) erzeugt wird. Die ODER-Schaltung 226 kann außerdem durch ein Signal auf einer Leitung 229 aus eincMti Fenstervergleicher 2 30 betätigt werden, der üezugsspannungen hat, die gleich plus und minus 5% der Pilotenautorität sind. Der Fenstervergleicher 230 spricht seinerseits auf ein Signal auf einer Leitung 231 an, welches den Gesamtroilagebefehl darstellt, wie er durch Signale auf den Leitungen 54R, 55R angegeben wird, die an einen Summierpunkt 2 32 angelegt werden. Wenn der Pilot eine seitliche Kraft auf den Steuerknüppel ausübt, wird daher die äußere Schleife nicht länger das Rolleingangssignal an dem Mischer nachzentrieren, bis der Steuerknüppel losgelassen wird und das Flugzeucj in die Nähe seiner Bezugsrollageposition zurückkehrt (die durch kleine Ro1lageoingangsbefohle angegeben wird) , so daß die Innenschleifen nicht länger gesättigt ist und wieder durch die Außenschleife getrimmt werden kann. Wenn aber der Pilot das System in der Rollachse tastet, wird die Außenschleife wieder hergestellt, um die Innenschleife wieder auf den neuen Bezugswert zu zentrieren.

In Fig. 4 sind die Rollimpulsgeberschaltungen 236 die gleichen wie die Nickimpulsgeberschaltungen 39 (Fig. 3), mit der Ausnahme, daß sie 1,5%-Vergleicher 130, 132 haben und daß die Länge des Impulses auf 0,45 s in den monostabilen Multivibratoren 137, 138 reduziert werden könnte, was eine 1,51-Trimmkorrektur pro Impuls ergibt. Die Rollaußenschleifenabschaltkreise 237 könnten im wesentlichen die gleichen sein wie die Nickaußenschleifenautomatikabschaltkreise 38 (Fig. 3), mit Ausnahme einer entsprechenden Umwandlung in rollbezogene Signale statt speziell in nickbezogene Signale. Die übrigen Rollaußenschleifenstellantriebseinrichtungen können im wesentlichen mit den mit Bezug auf den Nickkanal in den Fig. 1-3 oben beschriebenen übereinstimmen.

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- 2^-30-

Die Erfindung ist in den Fig. 1 und 4 beispielshalber dargestellt. Die Einzelheiten der besonderen Implementierung, wie sie in den Fig. 2, 3 und 5 gezeigt sind, sind für die Ausführung der Erfindung nicht erforderlich. Das Konzept eines mit Impulsen gespeisten, gekuppelten und gebremsten elektrischen Drehstellantriebs, der einen Betrieb mit vollständig offenem Regelkreis ohne jedwede Drift ermöglicht, bildet den Gegenstand einer gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial No. 249 300, vom 30. März 1981 in Anspruch genommen worden ist. Die hier beschriebene Erfindung kann auch ausgeführt werden, indem einfache hydraulische Stellantriebe, einfache Wechselstrom- oder Gleichstrom-Dreh- oder Linearstellantriebe (z.B. Schraubenspindelstellantriebe) und dgl. benutzt werden, vorausgesetzt nur, daß gewisse Vorkehrungen gegen eine Langzeitdrift von solchen Systemen getroffen werden. Beispielsweise kann die Drift durch eine einfache Servoschleife kompensiert werden (wie beispielsweise die, welch für die Innenschleifenstellantriebe dargestellt ist), um eine gewünschte befohlene Position aufrechtzuerhalten. Andererseits könnte ein System mit offenem Regelkreis benutzt werden, und zwar mit einer Selbstsynchronisierung zwischen der Innenschleife und der Außenschleife, die auf eine Weise erfolgt, welche der analog ist, die den Gegenstand einer gleichzeitig eingereichten weiteren deutschen Patentanmeldung bildet, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial No. 248 768, vom 30. März 1981 in Anspruch genommen worden ist. In einem solchen Fall kann, wenn durch Abfühlen festgestellt wird, daß die Innenschleifenstellantriebe einen gewissen Prozentsatz (beispielsweise 80%) ihrer Autorität in der einen oder anderen Richtung erreicht haben, bewirkt werden, daß ein besonderer, entgegengesetzter Korrekturbefehl zu dem Eingangssignal des Nickaußenschleifenintegrators addiert wird, der die Außen-

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schleife in der Richtung ansteuern würde, in der die Innenschleif enstellantriebe die volle Autorität erreichen, und das verzögerte Außenschleifeneingangssignal an der Eingangsschleife auf den Leitungen 56, 57 würde die Innenschleifenstellantriebe zurück zu dem Mittelpunkt ihrer Autorität bewegen, und zwar auf oben beschriebene Weise.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird eine Integralverstärkung (41) des Außenschleifenbefehls (61) benutzt, die Erfindung kann aber auch ausgeführt werden, indem eine Kombination aus Integral- und Proportionalverstärkung oder, falls geeignet und zulässig, einfach eine Proportionalverstärkung benutzt wird.

Die Erfindung ergibt eine adaptive Außenschleifennachzentrierung der Innenschleife. Bei Reisefluggeschwindigkeiten (oberhalb 60 knot) wird die Außenschleife veranlaßt, schneller anzusprechen als bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten (oder im Schwebeflug, wenn es sich um einen Hubschrauber handelt). Ebenso, wenn ein großer Bedarf angezeigt wird (durch die Signale auf den Leitungen 54, 55) oder erwartet wird (durch die Signale auf den Leitungen 52, 53), hat die Außenschleife eine größere Ansprechgeschwindigkeit. In der exemplarischen Ausführungsform werden diese adaptiven Ansprechgeschwindigkeiten implementiert, indem die effektive Zeitkonstante des Nickaußenschleifenintegrators eingestellt wird (Fig. 2, Fig. 5).

Die beschriebene Ausführungsform beinhaltet, daß der Innenschleife eine verzögerte Funktion (durch die Verstärker 58, 59, Fig. 1) des Außenschleifenbefehls geliefert wird. Wenn sich das Integratorausgangssignal aufbaut, steuern die Verstärker 58, 59 die Außenschleife in der gewünschten Ansprechrichtung an (in Phase mit den Befehlen auf den Leitungen 54,

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55) . Wenn der Integrator rückgesetzt wird, bewirkt der Abfall im Integratorausgangssignal, daß eine Befehlskomponente über die Verstärker 58, 59 die Stellantriebe um 2% Autorität (entgegengesetzt zu den Befehlen für das gewünschte Ansprechen) zurücknehmen, und zwar genau dann, wenn die Außenschleife um 2% Autoritäb vorschreitet. Die Innenschleifenstellantriebe 12, 13 werden daher tatsächlich zu ihren Mittelpunktpostionen zurückbewegt, und zwar entsprechend der Außenschleife, die die Autorität aus der Innenschleife annimmt. Einfach ausgedrückt, für jedes Inkrement einer Befehlseingabe in die Außenschleife wird ein entsprechendes Befehlsinkrement der Innenschleife weggenommen. Wenn jedoch der verzögerte Außenschleifenbefehl nicht an die Innenschleife abgegeben wird, würde derselbe Effekt durch Einstellungen der Fluglage des Flugzeuges erzielt werden. Beispielsweise würde für jeden Impuls auf der Leitung 4 0 die Außenschleife einen Eingangsbefehl an dem Mischer in derselben Richtung haben, in der die Innenschleife vorher einen Befehl geliefert hatte. Das würde bewirken, daß die Fluglage des Flugzeuges, die durch die Vertikalkreisel 68, 69 abgefühlt wird, von der Sollfluglage abweicht, die durch die Fluglagebezugssignale in der Schaltung 70, 71 festgelegt wird. Das würde ein gegensätzliches Eingangssignal auf den Leitungen 52-55 bewirken, welches die Innenschleife derart in ihre zentrierte Position zurückbringen würde, daß von der Mischerverbindung 15 dasselbe Ausmaß an Eingangssignal beseitigt würde, wie es an diese durch die Bewegung der Außenschleifenverbindung 36, 26 angelegt wurde. Das System ergibt daher eine automatische Zentrierung der Innenschleife auf Außenschleifenänderungen hin durch das Ansprechen auf die Fluglage des Flugzeuges selbst. Das Vorsehen der Nacheilungsverstärker 58, 59 beseitigt einfach das Erfordernis, für Flugzeugfluglageänderungen eine entsprechende Zentrierung der Innenschleife zu erreichen, was be-

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wirkt, daß die Fluglage des Flugzeuges im wesentlichen konstant bleibt oder einen gleichmäßigen übergang hat, statt daß abrupte Fluglageänderungen auftreten, um das impulsweise Nachzentrieren der Innenschleife zu kompensieren. In einer linearen, nicht mit Impulsen arbeitenden Version der Erfindung würde das Nachzentrieren als Folge der Fluglage des Flugzeuges (ohne das Eingangssignal aus der Außenschleife an der Innenschleife) gleichmäßiger sein, es würde aber der Schaltungsanordnung eine zusätzliche Komplexität für die dynamische Stabilität hinzufügen. Selbstverständlich kann die Erfindung mit Einfach- oder Triplexinnenschleifen, mit Doppelaußenschleifen, usw., ausgeführt werden.

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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-tivibratoren, 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.

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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.

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Claims (6)

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A. Patentansprüche :

1. System zum automatischen Positionieren von aerodynamischen Flächen in einer Steuerachse eines Flugzeuges, mit einem Fühler, der einen Parameter des Fluges des Flugzeuges in bezug auf die Steuerachse angibt und ein Parametersignal liefert, das dessen Größe angibt; mit einem schnellen Innenschleifenstellantrieb zum Ändern der Position der aerodynamischen Flächen über einem begrenzten Autoritätsbereich von Positionen, der ein Bruchteil des gesamten zulässigen Bereiches von Positionen derselben ist;

mit einem Außenschleifenstellantrieb, der mit dem Innenschleif enstellantrieb verbunden ist, um die Position des Innenschleifenstellantriebs relativ zu der Position der Steuerflächen in einem vollen Autoritätsbereich von Positionen einzustellen, der gleich dem gesamten zulässigen Bereich von Positionen derselben ist, und dadurch den Mittelpunkt des begrenzten Autoritätsbereiches relativ zu dem vollen Autoritätsbereich nachzupositionieren; und mit Signalverarbeitungseinrichtungen zum Liefern eines Be-

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zugssignals, das eine gewünschte Größe des Parameters angibt, und auf den Fühler hin zum Abgeben eines Proportionalbefehlssignals einer ersten Richtung an den Außenschleifenstellantrieb, das die Größe und die Richtung der Differenz zwischen dem Parametersignal und dem Bezugssignal angibt, um die Position des Innenschleifenstellantriebs und deshalb der Steuerflächen in einer ersten Richtung in Abhängigkeit von der Richtung der Differenz einzustellen, damit sich das Parametersignal der Gleichheit mit dem Bezugssignal nähert, und zum Abgeben eines Geschwindigkeitsbefehlssignals einer zweiten Richtung an den Innenschleifenstellantrieb, das die Größe und die Richtung der zeitlichen Änderung des Parametersignals angibt, um die Position der Steuerflächen in einer zweiten Richtung in Abhängigkeit von der Richtung der zeitlichen Änderung einzustellen und zu bewirken, daß die zeitliche Änderung des Parametersignals sich null nähert,

dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen eine Einrichtung (50, 51) enthalten zum Abgeben eines Proportionalbefehlssignals der ersten Richtung an den Innenschleifenstellantrieb (12, 13), welches die Größe und die Richtung der Differenz zwischen dem Parametersignal und dem Bezugssignal angibt, um die Position der Steuerflächen in der ersten Richtung einzustellen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen eine Einrichtung enthalten zum Abgeben eines Innenschleifennachzentriersignals an den Innenschleifensteilantrieb (12, 13) in Abhängigkeit von der Größe und der Richtung des Außenschleifenbefehlssignals, aber mit einer dritten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, um die Position der Steuerflächen in einer dritten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung im wesentlichen um dasselbe Ausmaß einzustellen, in wel-

3210:."

ehern der Außenschleifenstellantrieb (37) die Position des Innenschleifenstellantriebs (12, 13) und deshalb die Steuerflächen einstellt, wodurch die Position des Innenschleifenstellantriebs so eingestellt wird, daß sie sich im wesentlichen im Mittelpunkt des begrenzten Autoritätsbereiches befindet, ohne daß es zu einer nennenswerten Störung der Position der Steuerflächen kommt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen eine Einrichtung enthalten zum Abgeben eines ersten Signals, das die Größe der Differenz angibt, und zum Abgeben des Außenschleifenbefehlssignals derart, daß die Position des Außenschleifenstellantriebs (37) mit einer ersten Geschwindigkeit eingestellt wird, wenn das erste Signal unter einem Schwellenwert ist, und zum Abgeben des Außenschleifenbefehlssignals derart, daß die Position des Außenschleifenstellantriebs (37) mit einer zweiten Geschwindigkeit eingestellt wird, die größer ist als die erste Geschwindigkeit, wenn das erste Signal eine Größe hat, die über dem Schwellenwert liegt.

4. System nach einem der Ansprüche 1 -bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen eine Einrichtung enthalten zum Abgeben eines ersten Signals, das die Größe der Differenz angibt, zum Abgeben eines zweiten Signals, das die Größe der zeitlichen Änderung des Parametersignals angibt, und zum Abgeben des Außenschleifenbefehlssignals derart, daß die Position des Innenschleifenstellantriebs (12, 13) mit einer ersten Geschwindigkeit eingestellt wird, wenn die Summe des ersten Signals und des zweiten Signals unter einem Schwellenwert liegt, und zum Abgeben des Außenschleifenbefehlssignals derart, daß die Position des Innenschleifenstellantriebs (12, 13) mit einer

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zweiten Geschwindigkeit eingestellt wird, die größer ist als die erste Geschwindigkeit, wenn die Summe des ersten Signals und des zweiten Signals eine Größe hat, die über dem Schwellenwert liegt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtungen eine Einrichtung enthalten zum Abgeben des zweiten Signals als Verzögerung der Geschwindigkeit.

6. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter die Fluglage des Plugzeuges bezüglich einer normalerweise horizontalen Achse desselben ist, daß eine Einrichtung (80) zum Abfühlen der Fluggeschwindigkeit des Flugzeuges vorgesehen ist und daß die Signalverarbeitungseinrichtungen eine Einrichtung enthalten zum Abgeben des Außenschleifenbefehlssignals derart, daß die Position des Außenschleifenstellantriebs (37) mit einer ersten Geschwindigkeit eingestellt wird, wenn die Fluggeschwindigkeit unter einem Schwellenwert ist, und zum Abgeben des Außenschleifenbefehlssignals derart, daß die Position dos Außenschleifcnstelltantriebs (37) mit einer zweiten Geschwindigkeit eingestellt wird, die größer ist als die erste Geschwindigkeit, wenn die Fluggeschwindigkeit über dem Schwellenwert liegt.