DE3420441C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuerungseinrichtung für mit aerodynamischen Steuerflächen versehene Fluggeräte, die eine Vor­ richtung zur Ablenkung des Triebwerkstrahls aufweisen, die aus kreuzför­ mig an der Triebwerkdüse angeordneten, um ihre Längsachse schwenkbaren und mittels einer Steuereinheit steuerbaren Strahlruder besteht.

Derartige Verfahren und 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 bekanntgeworden. Hiernach ist vorgesehen, daß zunächst schwenkbare Triebwerksdüsen mittels Triebwerkstrahlablenkung eine Fluglageabweichung über einen Lageregler aussteuern und anschließend hierzu dieser die ae­ rodynamischen Steuerflächen verstellt, während die Triebwerkdüsen in ih­ re Nullage zurückgeschwenkt werden.

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Steue­ rungseinrichtung für Fluggeräte zu schaffen, die für ein Fluggerät ei­ nerseits eine schnelle Manöveränderung sicherstellen und andererseits dieses automatisch aus einem plötzlich auftretenden aerodynamisch un­ steuerbaren oder nur teilweise steuerbaren Flugzustand in eine stabile Fluglage oder Sollage um die Nick-, Gier- und Rollachse bringen können und dabei die Steuerungseinrichtung zur Erhöhung der Flugsicherheit eine Minderung von Schubkraftverlusten verhindert sowie eine Vermeidung von zusätzlichen aerodynamischen Widerstandskräften bei einer schnellen Steuerungsreaktionszeit gewährleistet.

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

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

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

Fig. 1 eine Ansicht eines Fluggerätes mit aerodynamischen Steuerflächen an den Flügeln und am Heck sowie kreuzförmig angeordnete Strahl­ ruder 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 4, 5, 6, 7, 8 - forthin nur als Steuerflächen bezeichnet - versehen. Am Heck 3 ist eine Triebwerkdüse 9 mit einer Vorrichtung 9 a vorgesehen, die aus vier um ihre Längsachse 10 schwenkbare Strahlruder 11, 12, 13, 14 mit je einem, in der Fig. 1 nur angedeuteten Stellglied 15 besteht, die an der Triebwerkdüse 9 kreuzför­ mig angeordnet sind. Für einen minimalen Aufwand bei ähnlicher Steuer­ wirkung, kann in nicht dargestellter Weise auch eine sternförmige Anord­ nung von nur drei Strahlruder 11, 12, 13 an der Triebwerkdüse 9 erfol­ gen. Mit diesen ist einerseits eine Ablenkung des Triebwerkstrahles 16 eines nicht gezeigten Triebwerks in den erforderlichen Achsrichtungen zu bewerkstelligen und andererseits kann mittels deren gemeinsamen Ab­ lenkanstellung in eine Richtung - z. B. im Uhrzeigersinn - der Triebwerk­ strahl 16 auch in eine Drallbewegung versetzt werden, wodurch Steuermo­ mente 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 ½ bis ²/₃ Länge des Halbmessers der Trieb­ werkdüse 9 ausgeführt, um aus Lebensdauergründen zu verhindern, daß sie in den sehr heißen Kern 17 des Triebwerkstrahles ragen und dort Beschä­ digungen 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 Strahl­ ruder 11, 12, 13, 14 noch die Ausgestaltung von deren Stellglieder 15, die mit einer Steuereinheit 18 korrespondieren, sind Gegenstand der Er­ findung.

In der Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Steuereinheit 18 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, einem Staudruckwertgeber 22 und mit einem Stellwertgeber 23 zum Zwecke der Signalverarbeitung für die Ansteuerung der Steuerflächen 4, 5, 6, 7, 8 mittels eines weiteren Stellgliedes 24 verbunden ist. Der Stellwertgeber 23 dient dabei zur Er­ mittlung der Anstellwinkelposition und der Grenze des Anstellwinkelweges der Steuerflächen 4, 5, 6, 7, 8. Mit diesem Stellwertgeber 23 können auch die augenblicklichen Stellkräfte in bezug auf die zulässigen Stell­ kräfte für die vorgenannten Steuerflächen zur Weitergabe an den Lagereg­ ler 19 gemessen werden.

Außerdem sind am Lageregler 19 die Stellglieder 15 zur Steuerung der Strahlruder 11, 12, 13, 14 und eine Regelvorrichtung 25 für die Regelung des Triebwerkschubes angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Steuerungseinrichtung ist wie folgt:

Wenn der Lageregler 19 der Steuereinheit 18 durch den laufenden Signal­ vergleich zwischen dem Sollagenwertgeber 21 und dem Istlagenwertgeber 20 ermitttelt, daß zur Steuerung oder Regelung des Fluggerätes 1 von der Istlage auf die Sollage, die von den Steuerflächen 4, 5, 6, 7, 8 erzeug­ baren 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.

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 Durch­ führung schneller Flugmanöver die Strahlruder 11, 12, 13, 14 zusätzlich zu den Steuerflächen 4, 5, 6, 7, 8 zur Wirkung gebracht werden.

Zur eigentlichen Steuerung des Fluggerätes 1 mit der Steuereinrichtung 18 werden die flugtechnischen Daten zugrunde gelegt, d. h. es werden laufend mittels des Stellwertgebers 23 der Steuereinheit 18 die augen­ blickliche Anstellwinkelposition und/oder die Stellkräfte der Steuerflä­ chen 4, 5, 6, 7, 8 sowie die Staudruckgröße dem Lageregler 19 übertra­ gen. Dieser ermittelt unter Bezug auf einen vorgesehenen staudruckabhän­ gigen Steuermomentenverlauf die zu erbringende Steuerwirksamkeit, um das Fluggerät von der Ist- in die Sollage steuern zu können. Bei nicht aus­ reichender oder fehlender Steuerwirksamkeit der Steuerflächen 4, 5, 6, 7, 8 werden automatisch die Strahlruder 11, 12, 13, 14 über die Stell­ glieder 15 soweit zum Triebwerkstrahl 16 angesteuert, daß mit der resul­ tierenden Strahlablenkung die Summe der erforderlichen Steuermomente dem vorgegebenen Steuermomentenverlauf für die zu erreichende Sollage des Fluggerätes 1 entspricht.

Mit Hilfe der Regelvorrichtung 25 kann der Lageregler 19 ebenfalls bei nicht ausreichendem Steuerwirkungsgrad der Strahlruder 11, 12, 13, 14 den vom Piloten oder Autopiloten gewählten Triebwerkschub des Fluggerä­ tes 1 automatisch erhöhen, um deren Steuerwirksamkeit für sich alleine oder zusammen mit den Steuerflächen 4, 5, 6, 7, 8 dem im Lageregler 19 vorgegebenen Steuermomentenverlauf entsprechend der Fluggerätssollage 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 Flugzu­ stand automatisch zu einem jederzeit steuerbaren und regelbaren Flugver­ halten unter Ausnutzung eines beträchtlichen Überschusses an Steuerkapa­ zität gebracht werden können. Der damit erzielbare Sicherheitsfaktor stellt somit einen erheblichen Beitrag zur Flugsicherheit dar.

Das bedeutet, daß für Notsituationen, wie sie beispielsweise während des oftmals nicht unkritischen Landeanfluges eines Flugzeuges auftreten, für dieses wesentliche und automatisch schnell reagierende Steuerungs- und Regelreserven für alle Flugachsen zur Verfügung stehen. Außerdem kann dabei der Triebwerkschubüberschuß, der sich aus dem niedrigen Schubedarf für das Flugzeug während des Landevorganges ergibt, für weitere zusätz­ liche Steuerzwecke sowohl im Fluge als auch am Boden für die Rollphase des Flugzeuges auf dem Flugfeld eingesetzt werden.

Da außerdem diese gemäß dem vorgegebenen Steuermomentenverlauf bewerk­ stellbare Steuerwirksamkeit durch einen jeweils optimal anteiligen Ein­ satz der aerodynamischen Steuerflächen und der Strahlruder erzielt wird, arbeiten beide stets im optimalen Wirkungsbereich.

Im Normalfall werden somit durch die geringen Steuerausschläge sowohl erhöhte aerodynamische Widerstände als auch Schubverluste vermieden.

Insbesondere im Notfall resultiert daraus bei einer schnellen Steue­ rungsreaktionszeit nur ein geringer und für das Fluggerät ungefährlicher aerodynamischer Widerstand bzw. geringer Schubverlust.

Claims (3)

1. Verfahren und Steuerungseinrichtung für mit aerodynamischen Steu­ erflächen versehene Fluggeräte, die ein Vorrichtung zur Ablenkung des Triebwerkstrahls aufweisen, die aus kreuzförmig an der Triebwerkdüse an­ geordneten, um ihre Längsachse schwenkbaren und mittels einer Steuerein­ heit steuerbaren Strahlruder besteht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahlruder (11, 12, 13, 14) in Abhängigkeit zur Wirkstellung der aerodynamischen Steuerflächen (4, 5, 6, 7, 8) oder von dieser unabhängig anteilig oder vollständig mittels der Steuerein­ heit (18) derart automatisch regelbar sind, daß die Summe der Steuermo­ mente für die Nick-, Gier- und Rollbewegung des Fluggerätes (1) aus den Steuermomenten der aerodynamischen Steuerflächen (4, 5, 6, 7, 8) und aus den Strahlrudern (11, 12, 13, 14) jeweils dem vorgegebenen staudruckab­ hängigen Soll-Steuermomentenverlauf entspricht und dabei insbesondere für eine hohe Manöverleistung der Triebwerkschub zur weiteren Unterstüt­ zung oder als Ersatz für fehlende Steuermomente mittels der Steuerein­ heit (18) entsprechend regelbar ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ 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 Kombi­ nation ausführbar ist.

3. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strahlruder (11, 12, 13, 14) zur Er­ höhung der Lebensdauer längenmäßig nur in einer ½ bis ²/₃ Länge des Halbmessers der Triebwerkdüse (9) ausgeführt und an dieser zur Vermei­ dung des heißen Kerns (17) des Triebwerkstrahles (16), von deren Peri­ pherie ausgehend angeordnet sind.