DE3439127A1

DE3439127A1 - Steuervorrichtung fuer luftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3439127A1
Application number: DE19843439127
Authority: DE
Inventors: Peter Richard House; Leon SKORCZEWSKI; David Preston Lancashire Welton
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1983-10-25
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1985-05-02
Also published as: GB8426707D0; GB2148460B; GB2148460A; GB8328499D0

Description

Steuervorrichtung für Luftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für Luftfahrzeuge der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf eine derartige Steuervorrichtung, die die Hauptsteuerbewegungen eines Luftfahrzeuges, wie beispielsweise Steigflug- und Sinkflug- und Eollbewegungen, hervorruft.

Es ist bekannt, Luftfahrzeuge mit Steuersystemen auszustatten, bei denen verschiedene der aerodynamischen Steuerflächen des Luftfahrzeuges durch Stellglieder bewegt v/erden, die mit Hilfe von Steuersignalen gesteuert werden, die von einem Kraft-Steuerknüppel-Steuergerät erzeugt werden. Bei derartigen bekannten Steuergeräten ist ein Steuerknüppelelement an einer festen Struktur um einen Mittelpunkt vorwärts und rückwärts und seitlich schwenkbar, um Steuersignale für die Steig- und Sirikflugrichtung bzw. die Rollrichtung zu erzeugen. Bei dieser Art von Steuergerät ist jedoch ein relativ langer Steuerknüppel erforderlich, was zu einer relativ großen Einbautiefe des Steuergerätes im Cockpit eines Luftfahrzeuges beiträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kompakter ist und eine geringere Einbautiefe aufweist, wobei

weiterhin die Handhabung und Bedienung der Steuervorrichtung vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird eine Steuervorrichtung für Luftfahrzeuge zur Erzeugung von Signalen in Abhängigkeit von Steuerbewegungen geschaffen, die ein festes Gehäuse, ein manuell bewegbares Steuerelement, das gegenüber dem Gehäuse für eine Linearbewegung entlang einer geradlinigen Achse und eine Winkelbewegung um eine Drehachse befestigt ist, Linearpositionsmeßfühlereinrichtungen zur Messung der Linearbewegung des manuell bewegbaren Steuerknüppelelements und Wirikelpositionsmeßfühlereinrichtungen zur Messung der Winkelbewegung des manuell bewegbaren Steuerknüppelelementes aufweist.

Das manuell bewegbare Steuerknüppelelement wird vorzugsweise von einer festen Welle für eine Schiebebewegung und eine Winkelbewegung bezüglich dieser Welle gehaltert.

Die Steuervorrichtung schließt vorzugsweise eine Armauflage ein, die einen Teil des Arms eines Benutzers abstützt, der das manuell bewegbare Steuerknüppelelement erfaßt, wobei die Armauflage in Axialrichtung zusammen mit dem manuell bewegbaren Steuerknüppelelement bewegbar ist, jedoch an einer Drehung zusammen mit diesem gehindert ist.

Wenn das manuell bewegbare Steuerknüppeleiernent von einer festen Welle für eine axiale Schiebebewegung gehaltert ist, ist es zweckmäßig, eine magnetische Wechselwirkung des Steuerknüppelelementes und der Welle vorzusehen, und zu diesem Zweck können Wicklungseinrichtungen vorgesehen sein, die elektrisch angesteuert werden, um der Bewegung des Steuerknüppelelementes gegenüber der Welle einen Widerstand entgegenzusetzen.

Die Linearpositionsmeßfühlereinrichtungen schließen vorzugsweise eine Welle mit einer darin ausgebildeten schraubenlinienförmigen Fut und ein damit zusammenwirkendes Bauteil ein, das verschiebbar auf dieser Welle derart angeordnet ist, daß eine relative Axialbewegung eine Relativdrehung hervorruft, wobei die Welle oder das Bauteil gegen eine Drehung festgelegt ist, während das Bauteil oder die Welle frei drehbar ist und zugeordnete Positionscodiereinrichtungen aufweist.

Die Winkelpositionsmeßfühlereinrichtungen schließen vorzugsweise eine von dem festen Gehäuse drehbar gelagerte Welle mit zugeordneten Positionscodiereinrichtungen ein, wobei diese Welle sich in Längsrichtung erstreckende Eingriff seinrichtungen aufweist, die mit komplementären Eingriff seinrichtungen zusammenwirken, die dem beweglichen Steuerknüppelelement zugeordnet sind, so daß eine Drehung der Welle bei einer Winkelbewegung des Steuerknüppelelementes hervorgerufen wird.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird eine Steuervorrichtung für ein Luftfahrzeug zur Erzeugung von Signalen in Abhängigkeit von Steuerbewegungen

geschaffen, die folgende Teile umfaßt:

(1) ein festes Gehäuse,

(2) eine in dem Gehäuse "befestigte feste Welle,

(3) ein manuell bewegbares Steuerknüppelelement, das verschiebbar auf der Welle für eine Linearbewegung entlang einer linearen Achse und eine Winkelbewegung um eine Drehachse befestigt ist,

(4·) eine Armauflage, die zur Halterung eines Teils des Arms eines Benutzers ausgebildet ist und mit dem manuell bewegbaren Steuerknüppelelement über ein Hülsenbauteil verbunden ist, das sich leoaxial zu dem Wellenbauteil erstreckt und einen Teil hiervon umgibt und das eine Relativdrehung des manuell bewegbaren Steuerknüppelelementes gegenüber der Armauflage ermöglicht, während es eine Linearbewegung zwischen Steuerknüppelelement und Armauflage verhindert,

(5) erste und zweite allgemein koaxiale Wellenbauteile, die in dem Gehäuse allgemein parallel zu der festen Welle angeordnet sind, wobei jede Welle drehbar befestigt ist und zugeordnete Positionscodiereinrichtungen aufweist, wobei eines der Wellenbauteile dem manuell bewegbaren Steuerknüppeleiernent derart zugeordnet ist, daß sich das Wellenbauteil bei einer Winkelbewegung des manuell bewegbaren Steuerknüppelelements dreht, während das andere Wellenbauteil mit der Armauflage derart verbunden ist, daß es sich bei

einer Linearbeitfegung der Armauflage dreht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 eine seitliche Schnittansicht durch den Mittelpunkt einer Ausführungsform einer zur seitlichen Anordnung "bestimmten Steuerknüppel-Steuervorrichtung,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Richtung der Pfeile der Ausführungsform nach Fig. 1.

Die in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform der Steuervorrichtung ist zur Anordnung an der Seite der Pilotenposition im Cockpit eines Luftfahrzeuges "bestimmt und erzeugt Steigflug- oder Sinkflugsignale und Rollsignale zur Betätigung verschiedener Steuerflächen des Luftfahrzeuges in Abhängigkeit von Steuerbewegungen, die von dem Piloten auf die Steuervorrichtung ausgeübt werden.

Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform der Steuervorrichtung weist ein Gehäuse Ί0 mit rechtwinkliger Kastenform auf, das im Gebrauch an einem festen Strukturteil des Cockpits des Luftfahrzeuges befestigt ist.

Eine zusammengesetzte Welle 11 ist in einem oberen Teil des Gehäuses 10 mit Hilfe von mit Flanschen versehenen Büchsen 12 befestigt, die an gegenüberliegenden Endwänden 13, 13' des Gehäuses befestigt sind. Die zusammengesetzte Welle 11 besteht aus zwei Wellen 14-, 15 mit gleichem Durchmesser, die koaxial Ende an Ende angeordnet sind, wobei die Welle 14 den Stator eines Linear-Schrittmotors 19 bildet, während die Welle 15 eine einfache Welle ist.

Ein manuell erfaßbares Steuerknuppelelement 16 ist auf der zusammengesetzten Welle 11 in Axialrichtung und drehbar gegenüber dieser Welle gehaltert und erstreckt sich durch einen Längsschlitz 17, der in der oberen Wand des Gehäuses 10 ausgebildet ist. Der Schlitz ist so bemessen, daß er eine Axialbewegung des Steuerknüppelelementes und außerdem eine begrenzte Winkelbewegung gegenüber der Welle 11 ermöglicht. Eine Dichtung 18 vom Bürsten-Typ ist in dem Schlitz angeordnet, um das Eindringen von Schmutz zu verhindern.

Das Steuerknüppelelement 16 ist auf der Welle 11 mit Hilfe des beweglichen Bauteils 20 des Schrittmotors 19 verschiebbar gehaltert und das Steuerknuppelelement ist weiterhin an einem Planschende 21 eines Hülsenteils 22 befestigt, das die Welle 11 verschiebbar umgibt. Das von dem Steuerknüppelelement 16 entfernte Ende des Hülsenteils 22 ist mit Hilfe eines Lagers 23 drehbar in einem Armauflage-Halterungsteil 24- befestigt und gegen eine Axialbewegung gegenüber diesem Halterungsteil 24- mit Hilfe einer Mutter 25 gesichert.

Das obere Ende des Armauflage-Halterungsteils 24 erstreckt sich durch einen längsverlaufenden Schlitz 26, der in der oberen Wand des Gehäuses 10 ausgebildet ist, um die Armauflage 27 zu haltern. Der Schlitz 26 ist so bemessen, daß er eine Linearbewegung der Armauflage 27 zusammen mit dem manuell erfaßbaren Steuerknüppelelement 16 ermöglicht, und er schließt eine Dichtung 18 vom Bürsten-Typ ein. Der untere Teil des Armauflage-Halterungsteils 25 ist mit einer Bohrung versehen, in der ein Laufring 28 mit umlaufenden Kugeln angeordnet ist, der mit einer damit zusammenwirkenden Welle 29 in Eingriff steht, die an ihren Enden gegenüber dem Gehäuse mit Hilfe von gegenüberliegenden Einsätzen 30 drehbar befestigt ist, die in einer Trennwand 31 bzw. der Endwand 13' angeordnet sind. Die Welle 29 ist mit einer schraubenlinienförmigen Wut versehen, so daß eine Linearbewegung des Armauflage-Halterungsteils und damit des daran befestigten Steuerknüppelelementes 16 eine Drehbewegung der Welle hervorruft. Benachbart zu jedem Ende der Welle 29 ist ein koaxiales Ritzel 32, 32' angeordnet, das mit einem komplementären Ritzel 33» 33' in. Eingriff steht, das mit der Eingangswelle einer jeweiligen Drehabgriff einheit 34·» 3^' verbunden ist, die ein Signal erzeugt, das die Winkelposition der Welle 29 und damit die Linearposition des Steuerknüppelelementes 16 bezüglich des Gehäuses 10 anzeigt. Die Ritzel 32, 32' und 33» 33' sind so ausgebildet, daß sie ein Spiel in der Übertragung der Drehbewegung der Welle 29 zu den Abgriffeinheiten 34, 34' verringern.

Wie dies insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist das untere Ende des Steuerknüppelelementes 16 mit einem

herabhängenden Ansatz 35 versehen, dessen Ende als geschliffenes Folgeglied ausgebildet ist, das in einer sich in Längsrichtung erstreckenden geschliffenen Nut 36 in einer weiteren Welle 37 angeordnet ist, die gegenüber dem Gehäuse 10 an ihren Enden mit Hilfe von gegenüberliegenden Einsätzen 30 drehbar befestigt ist, die in der Endwand 13 des Gehäuses bzw. der Unterteilungswand 31 angeordnet sind. Benachbart zu jedem Ende der Welle 37 ist ein koaxiales Ritzel 38* 38' befestigt, das mit einem komplementären Ritzel 39, 39' kämmt, das an der Eingangswelle einer jeweiligen Drehabgriff einheit 40,-40' befestigt ist, die ein Signal erzeugt, das die Winkelposition der Welle 37 darstellt. Eine Winkelbewegung des Steuerknüppelelements 16 um die Welle 11 ruft eine Drehbewegung der Welle 37 und über die Ritzel 38, 38' und 39, 39' eine Drehung der Eingangswelle der Drehabgriffeinheit hervor. Die Ritzel 38, 38' und 39, 39' sind so aufgebaut, daß sie ein Spiel in der Übertragung der Bewegung der Welle 37 ²^ den Abgriffeinheiten 40, 40' verringern.

Eine Reihe von Druckfedern 41, 41', die schematisch in Fig. 2 gezeigt sind, sind auf beiden Seiten des Ansatzes 35 angeordnet, um der Drehbewegung des Steuerknüppelelementes 16 auf der Welle 11 einen Widerstand entgegenzusetzen, so daß in dieser Richtung eine "Gefühl"-Charakteristik hervorgerufen wird.

Die obere Oberfläche 42 des GehäusesiO entlang des Schlitzes 17 kann mit Sink- oder Steigflug-Maßeinheiten beschriftet sein. Der freiliegende Teil des Steuer— knüppelelementes 16 kann verschiedene Formen in Abhängigkeit von den Hilfsfunktionen annehmen, die dieses Element

durchführen muß, und ein Steuerkabel 4-3, das strichpunktiert dargestellt ist, dient zur Verbindung mit den in dem Steuerknüppelelement ausgebildeten Steuerelementen.

Hinsichtlich des beweglichen Teils 20 des Schrittmotors in dem Steuerknüppelteil 16 und der komplementären Statorwelle 14- ist festzustellen, daß dieses bewegliche Teil elektrisch angesteuert werden kann, um eine "Gefühl"-Charakteristik hervorzurufen, d. h. einen Widerstand gegen eine lineare Bewegung. Die Statarwelle 14- muß sich daher nur so weit erstrecken, wie eine Bewegung des beweglichen Teils 20 möglich ist, wobei der übrige Teil der Welle in einfacher Weise ausgebildet ist.

Die Betriebsweise der Steuervorrichtung ist wie folgt: Steuerbefehle für Steig- oder Sinkflugbeweguiigen ergeben sich aus der kombinierten Linearbewegung des Steuerknüppelelementes 16 und der Armauflage 27» wobei diese Befehle über die Drehabgriffeinheiten 34-, 34-' geliefert werden und die Umwandlung der Linearbewegung in eine Drehbewegung über die Welle 29 und den umlaufende Kugeln aufweisenden Laufring 28 erfolgt.

Die Steuerung in Roll- oder Querneigungsrichtung wird ausschließlich durch die seitliche (Winkel-) Bewegung des Steuerknüppelelementes 16 (typischerweise bis zu _+ 10 °) übertragen und die Armauflage wird an einer derartigen Bewegung gehindert. Diese Bewegung ruft eine Drehung der Welle 37 hervor, wobei der Befehl über die Drehabgriffeinheiten 40, 40' weitergegeben wird.

Es ist zu erkennen, daß bei der vorstehend beschriebenen

Ausführungsform die Steuersignale für eine Bewegung in Steigflug-, Sinkflug- und Rollrichtung durch eine Linearbewegung bzw. eine Winkelbewegung des Steuerknüppelelementes 16 erzielt werden und daß der Unterarm des Piloten durch die Armauflage 37 bei der Linearbewegung mit dem Steuerknüppelelement abgestützt ist, um dem Piloten die Steuerbewegung sowohl in Linearrichtung als auch in Winkelrichtung zu erleichtern. Weil die Steuersignale durch eine Linearbewegung erzielt werden, ist die Einbautiefe der für eine seitliche Befestigung bestimmten Steuerknüppel-Steuervorrichtung wesentlich geringer als bei üblichen derartigen Steuervorrichtungen, und die Steuervorrichtung ist wesentlich kompakter. In diesem Zusammenhang wird auf das GB-Patent 20 73 887 verwiesen, bei dem Steuerbefehle zur Erzeugung eines einzigen Satzes von Steuersignalen mit Hilfe eines Steuerknüppels geliefert werden, der linear gegenüber einem festen Gehäuse befestigt ist.

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Claims

Patentanwälte : . :j :. btpJ;-1 ng. Curt Wallach Europäische Patentvertreter DipK-In9. 6ünther Koch European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d Unser Zeichen: 18 031 Steuervorrichtung für Luftfahrzeuge Pat ent ansprüche:

1. Steuervorrichtung für Luftfahrzeuge zur Erzeugung von Signalen in Abhängigkeit von Steuerbewegungen, gekennzeichnet durch ein festes Gehäuse (10), ein manuell bewegliches Steuerknüppelelement (16), das bezüglich des festen Gehäuses für eine lineare Bewegung entlang einer geradlinigen Achse und für eine Drehbewegung um eine Drehachse gehaltert ist, Linearpositionsmeßfühlereinrichtungen (28 bis 34-) zur Messung der linearen Position des manuell bewegbaren Steuerknüppelelements (16), und Winkelpositionsmeßfühlereinrichtungen (35 bis 40) zur Messung der Winkelbewegung des manuell bewegbaren Steuerknüppelelements.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das manuell bewegbare Steuerknüppelelement (16) auf einem festen Wellenbauteil (14-, 15) verschiebbar und verdrehbar gehaltert ist.

3. Steuervorrichtung nach .Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Armauflage (2?) zur Abstützung eines Teils des Arms eines Benutzers vorgesehen ist, wenn dieser das manuell bewegbare Steuerknuppelelement (16) erfaßt, und daß die Armauflage in Axialrichtung mit dem manuell bewegbaren Steuerknuppelelement bewegbar, jedoch an einer Drehung gehindert ist.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das manuell bewegbare Steuerknüppelelement (16) und das feste Wellenbauteil (14-) magnetisch in Wechselwirkung stehen und daß Wicklungseinrichtungen (20) vorgesehen sind, die elektrisch ansteuerbar sind, um einen Widerstand gegen die Bewegung des Steuerknüppelelements gegenüber der Welle hervorzurufen.

5· Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearpositionsmeßfühlereinrichtungen (28 bis 3²O eine Welle (29) mit einer darin ausgebildeten schraubenlinienförmigen Nut und ein hiermit zusammenwirkendes Bauteil (28) aufweisen, das verschiebbar mit der Welle (29) derart in Verbindung steht, daß eine relative Axialbewegung eine Relativdrehung hervorruft, daß die Welle (29) oder das Bauteil (28) festgelegt ist und daß das Bauteil (28) oder die Welle drehbar ist und zugeordnete Positionscodiereinrichtungen (32 bis 34) aufweist.

6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelpositionsmeßfühlereinrichtungen (35 his 40) eine von dem festen Teil drehbar gelagerte Welle (37) mit zugeordneten Positionscodiereinrichtungen (35 his 40) aufweisen und daß die Welle sich in Längsrichtung erstreckende Eingriff seinrichtungen (36) aufweist, die mit komplementären Eingriffseinrichtungen (35) zusammenwirken, die mit dem beweglichen Steuerknüppelelement verbunden sind.

7· Steuervorrichtung für Luftfahrzeuge zur Erzeugung von Signalen in Abhängigkeit von einer Steuerbewegung, gekennzeichnet durch ein festes Gehäuse (10), eine in dem Gehäuse befestigte feste Welle (14, 15)? ein manuell bewegbares Steuerknüppelelement (16), das verschiebbar auf der Welle (14, 15) für eine Linearbewegung entlang einer geradlinigen Achse und eine Winkelbewegung um eine Drehachse befestigt ist, eine Armauflage (27)> die einen Teil des Arms eines Benutzers abstützt und mit dem manuell bewegbaren Steuerknüppelelement über ein Hülsenteil (22) verbunden ist, das sich koaxial zu der festen Welle erstreckt und einen Teil hiervon umgibt und das eine Drehung des manuell bewegbaren Steuerknüppelelements gegenüber der Armauflage ermöglicht, jedoch eine geradlinige Bewegung gegenüber dieser Armauflage verhindert, erste (37) und zweite (29) allgemein koaxiale Wellenteile, die in dem Gehäuse allgemein parallel zu der festen Welle

angeordnet sind, wobei jede Welle für eine Drehbewegung "befestigt ist und zugeordnete Positionscodiereinrichtungen (35 bis 40) aufweist, und wobei eines (37) dieser Wellenteile dem manuell bewegbaren Steuerknüppelelement so zugeordnet ist, daß es sich bei einer Winkelbewegung des manuell bewegbaren Steuerknüppeleiernentes dreht, während das andere Wellenteil (29) der Armauflage derart zugeordnet ist, daß es sich bei einer Linearbewegung dieses Wellenteils dreht.