DE3420441A1

DE3420441A1 - Steuerungseinrichtung fuer fluggeraete

Info

Publication number: DE3420441A1
Application number: DE19843420441
Authority: DE
Inventors: Oskar Dipl.-Ing. 8029 Sauerlach Friedrich
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1984-06-01
Publication date: 1985-12-05
Also published as: GB8513342D0; IT8520985A0; US4643374A; FR2565198B1; IT1185624B; DE3420441C2; GB2159476A; GB2159476B; FR2565198A1

Description

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Steuerungseinrichtung für Fluggeräte

Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für Fluggeräte, mit einer Vorrichtung zur Ablenkung des Triebwerkstrahles, die aus kreuzförmig und schwenkbar an der Triebwerkdüse angeordneten Strahlruder besteht.

Derartige Steuerungseinrichtungen werden zur Steuerung von mittels Strahltriebwerken angetriebenen Fluggeräten, wie Flugkörper oder Flugzeuge eingesetzt, wobei durch eine Ablenkung des Triebwerkstrahles an den Fluggeräten Steuermomente erzeugbar sind.

Eine Steuerungseinrichtung dieser Gattung ist aus der DE-PS 19 64 205 bekannt geworden. Hiernach ist vorgesehen, daß zunächst schwenkbare Triebwerkdüsen mittels Triebwerkstrahlablenkung eine Fluglageabweichung über einen Lageregler aussteuern und anschließend hierzu dieser die aerodynamischen Steuerflächen verstellt, während die Triebwerkdüsen in ihre NuI.I age zurückgesehwankt werden.

Diese Steuerungseinrichtung ist jedoch einerseits bezüglich der Ausbildung der schwenkbaren Triebwerkdüsen sehr aufwendig und andererseits für die Verbesserung der Flugsicherheit von Fluggeräten weder geeignet noch

vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungseinrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die ein Fluggerät automatisch aus einem plötzlich

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auftretenden aerodynamisch unst eiierbaren oder· nur teilweise steuerbaren I lugzustand in eine .stabile l-'luglage oder Sollage um die Nick-, Gier- und Ro11 achse bringen kann und damit die Flugsicherheit von Fluggeräten unter Vermeidung der oben angesprochenen Nachteile erhöht .

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angeführte Merkmale gelöst. 10

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht eines Fluggerätes mit aerodynamischen Steuerflächen an den Flügeln und am Heck sowie kreuzförmig angeordnete Strahlruder an

der Triebwerkdüse

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuereinheit.

Das in der Fig. 1 dargestellte Fluggerät 1 ist an den Flügeln 2 sowie am Heck 3 mit aerodynamischen Steuerflächen 4₃ 5j 6, 7, 8 - forthin nur als Steuerflächen bezeichnet - versehen. Am Heck 3 ist eine Triebwerkdüse 9 mit einer Vorrichtung 9a vorgesehen, die aus vier um ihre Längsachse 10 schwenkbare Strahlruder 11, 12, 13 j 14 mit je einem, in der Fig. 1 nur angedeuteten Stellglied 15 besteht, die an der Triebwerkdüse 9 kreuzförmig angeordnet sind. Für einen minimalen Auf-

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wand bei ähnlicher Steuerwirkung kann in nicht dargestellter Weise durch eine sternförmige Anordnung von nur drei Strahlruder 11, 12, 13 an der Triebwerkdüse 9 erfolgen. Mit diesen ist einerseits eine Ablenkung des Triebwerkstrahles 16 eines nicht gezeigten Triebwerkes in den erforderlichen Achsrichtungen zu bewerkstelligen und andererseits kann mittels deren gemeinsamen Ablenkanstellung in eine Richtung - z.B. im Uhrzeigersinn - der Triebwerkstrahl 16 auch in eine
Dra11 bewegung versetzt werden, wodurch Steuermomente zur Rollsteuerung - in diesem Fall gegen den Uhrzeigersinn - des Fluggerätes 1 erzeugbar sind.

Die Strahlruder 11, 12, 13, 14 sind längenmäßig, d.h.

parallel zu ihrer Längsachse 10 nur in einer l/2 bis 2/3 Länge des Halbmessers der Triebwerkdüse 9 ausgeführt, um aus Lebensdauergründen zu verhindern, daß
sie in den sehr heißen Kern 17 des Triebwerkstrahles l6 ragen und dort Beschädigungen erfahren. Es hat

sich nämlich gezeigt, daß der Triebwerkstrahl 16 im
Bereich der Peripherie der Triebwerkdüse 9 eine wesentlich niedere Temperatur als in dessen Kern 17 aufweist. Weder die Lagerung der Strahlruder 11, 12, 13, 14 noch die Ausgestaltung von deren Stellglieder 15₃ di<> mit oinor Steuereinheit l8 korrespondieren, sind Gegenstand der Erfindung.

In der Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Steuereinheit l8 dargestellt, die zur Regelung und Steuerung der Fluggerätslage im Fluge aus einem

Lageregler 19 besteht, der in bekannter Weise mit einem Istwertgeber 20, einem Sollagenwertgeber 21, ei-

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nem Staudruckwertgeber 22 und mit einem Stellwertgeber 23 zum Zwecke der Signalverarbeitung für die Ansteuerung der Steuerflächen 4> 5, ό, 7» 8 mittels eines weiteren Stellgliedes 24 verbunden ist. Der Stellwertgebor 23 dient dabei zur Ermittlung der Anstellwinkel ροκ i (.. i on und drt^x Grunze des Ans! e I 1 w i nke I weges der Steuerflächen 4? 5₃ 6, 7, 8· Mit diesem Stellwertgeber 23 können auch die augenblicklichen Stellkräfte in bezug auf die zulässigen Stellkräfte für die vorgenannten Steuerflächen zur Weitergabe an den Lageregler 19 gemessen werden.

Außerdem sind am Lageregler 19 die Stellglieder 15 zur Steuerung der Strahlruder 11, 12, 13, 14 und eine '-¹ Regelvorrichtung 2 5 für die Regelung des Triebwerkschubes angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Steuerungseinrichtung ist wie

folgt:
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Wenn der Lageregler 19 der Steuereinheit 18 durch den laufenden Signalvergleich zwischen dem Sollagenwertgeber 21 und dem Istlagenwertgeber 20 ermittelt, daß zur Steuerung oder Regelung des Fluggerätes 1 von der Istlage auf die Sollage, die von den Steuerflächen 4₃ 5, 6, 7? 8 erzeugbaren Steuermomente nicht mehr ausreichen, werden für deren Kompensation die Strahlruder 11, 12, 13, 14 automatisch vom Lageregler 19 auf einen entsprechenden Anstellwinkel geregelt und dabei in bekannter Weise durch Ablenkung des Triebwerkstrahles 16 die fehlenden Steuermomente erzeugt.

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Bei einem gänzlichen Ausfall der Steuerflächenwirksamkeit, wie z.B. durch Komponentenausfall oder im überzogenen Flugzustand etc., kann die gesamte Steuerfunktion für das Fluggerät 1 von den Strahlrudern 11, 12, 13, 14 vollständig übernommen werden. Gleichfalls können für die Durchführung schneller Flugmanöver die Strahlruder 11, 12, 13, 14 zusätzlich zu den Steuerflächen 4, 53 6, 7, 8 zur Wirkung gebracht werden.

^O Zur Steuerung des Fluggerätes 1 mit der Steuereinrichtung 18 werden laufend mittels des Stellwertgebers 23 der Steuereinheit 18 die augenblickliche Anstellwinkelposition und/oder die Stellkräfte der Steuerflächen 43 53 6, 73 8 sowie die Staudruckgröße dem Lageregier 19 übertragen. Dieser ermittelt unter Bezug auf (Mi)OIi vorgegebenen staudruckabhängigen Steuermomentenver1 auf, die zu erbringende Steuerwirksamkeit, um das Fluggerät von der Ist- in die Sollage steuern zu können. Bei nicht ausreichender oder fehlender

20

Steuerwirksamkeit der Steuerflächen 4₃ 5₃ 6, 7, 8 werden automatisch die Strahlruder 11, 12, 13, 14 über die Stellglieder 15 soweit zum Triebwerkstrahl l6 angesteuert, daß mit der resultierenden Strahlablenkung

die Summe der erforderlichen Steuermomente den vorse-25

gebenen Steuermomentenverlauf für die zu erreichende Sollage des Fluggerätes 1 entspricht.

Mit FIi If e der Rege 1 vorr i chtung 2 5 kann dor Lageregler

19 ebenfalls bei nicht ausreichendem Steuerwirkungs-30

grad der Strahlruder 11, 12, 13, 14 den vom Piloten oder Autopiloten gewählten Triebwerkschub des Fluggerätes 1 automatisch erhöhen, um deren Steuerwirksamkeit für sich alleine oder zusammen mit den Steuerflä-

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chen 4j 5, 6, 7, 8 dem im Lageregler 19 vorgegebenen Steuermomentenverlauf entsprechend der Fluggerätssolllage anzupassen.

Die Vorteile der vorgeschlagenen Erfindung bestehen insbesondere darin, daß Fluggeräte auf einfache und sichere Weise aus einem aerodynamisch unsteuerbaren oder nur teilweise noch aerodynamisch steuerbaren Flugzustand automatisch zu einem jederzeit steuerbaren und regelbaren Flugverhalten unter Ausnutzung eines beträchtlichen Überschusses an Steuerkapazität gebracht werden können. Der damit erzielbare Sicherheitsfaktor stellt somit einen erheblichen Beitrag

zur Flugsicherheit dar.
15

Das bedeutet, daß für Notsituationen, wie sie beispielsweise während des oftmals nicht unkritischen Landeanfluges eines Flugzeuges auftreten, für dieses

wesentliche und automatisch schnell reagierende Steue-20

rungs- und Regelreserven für alle Flugachsen zur Verfügung stehen. Außerdem kann dabei der Triebwerkschubüberschuß, der sich aus dem niedrigen Schubbedarf für das Flugzeug während des Landevorganges ergibt, für weitere zusätzliche Steuerzwecke sowohl im 1 luge als auch am Boden für die Rollphase des Flugzeuges auf dem Flugfeld eingesetzt werden.

Claims

30.05.1984 Ka/th Patentabteilung Q ς ς ο Steuerungseinrichtung für Fluggeräte Patentansprüche

1. Steuerungseinrichtung für Fluggeräte mit einer Vorrichtung zur Ablenkung des Triebwerkstrahls, die aus kreuzförmig an der Triebwerkdüse angeordnete und. um ihre Längsachse schwenkbaren Strahlruder besteht, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlruder (11, 12, 13, 14) für die Nick-, Gier- und Rollbewegung des Fluggerätes (1) mittels einer Steuereinheit (l8) derart automatisch regelbar sind, daß sie die Steuermomente der aerodynamischen Steuerflächen (4j 5, 6, 7j 8) des Fluggerätes (1) unterstützen oder bei deren Ausfall ersetzen.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch go kenn ze ichnet , daß die Strahlruder (11, 12, 13, 14) so regelbar sind, daß die Summe der Steuermomente für die Nick-, Gier- und Rollbewegung des Fluggerätes (1) aus den Steuermomenten der Strahlruder (11, 12, 13, 14) und aus den der aerodynamischen Steuerflächen (4> 5₃ 6, 7> 8) jeweils einen vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit vom Staudruck des Fluggerates (I) entsprechen.

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3· Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinheit (l8) zur Erhöhung der Steuerwirksamkeit der Strahlruder (11, 12, 13, 14) eine Regelvorrichtung

(25) für eine automatische Triebwerkschubregelung aufweist .

4- Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η zeichnet, daß an der Triebwerkdüse (9) drei Strahlruder (11, 12, 13) sternförmig angeordnet sind, die so regelbar sind, daß von dem Fluggerät (1) eine Nick-, Gier- und Rollbewegung einzeln oder in Kombination ausführbar ist.

5. Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ze ichnet , daß die Strahlruder (11, 12, 13, 14) zur Erhöhung der Lebensdauer längenmäßig nur ein einer l/2 bis 2/3 Länge des Halbmessers der Triebwerkdüse

(9) ausgeführt und an dieser zur Vermeidung des heißen Kerns (17) des Triebwerkstrahles (16) von deren Peripherie ausgehend angeordnet sind.