DE3510957A1

DE3510957A1 - Redundanz-servoantrieb, insbesondere fuer die betaetigung von flugsteuerungsorganen in flugzeugen

Info

Publication number: DE3510957A1
Application number: DE19853510957
Authority: DE
Inventors: Francesco Violante de Mailand/Milano Dionigi
Original assignee: Magnaghi Oleodinamica SpA
Current assignee: Magnaghi Milano SpA Mailand/milano It
Priority date: 1984-08-31
Filing date: 1985-03-26
Publication date: 1986-03-13
Also published as: US4699043A; FR2569787B1; IT8422483A0; FR2569787A1; GB2163876A; GB2163876B; GB8508481D0; IT1175678B

Description

- 3 Beschrei bung

Die Erfindung betrifft einen Redundanz-Servoantrieb, insbesondere zur Betätigung von Rugsteuerungsorganen in Flugzeugen.

Bei Hubschraubern und ähnlichen Flugkörpern muß zur Steuerung des Fluges auf die Rotorblätter eingewirkt werden, um deren Steigung zu verändern, und zwar sowohl kollektiv für alle Blätter, um den Auftrieb des Rotors zu steuern, als auch zyklisch bei jeder Umdrehung, um die Neigung der Rotationsebene des Rotors einzustellen und die Trimmlage sowie die Bewegung in horizontaler Richtung zu steuern.

Zu diesem Zweck ist üblicherweise konzentrisch zur Rotorwelle eine Taumelscheibe vorgesehen, die mit den Rotor'bl ättern verbunden ist und deren Neigung vom Piloten über drei Servoantriebe gesteuert wird, welche die Raum-Trimmlage der Taumelscheibe bestimmen.

Diese Servoantriebe sind mithin wesentlich für den Flug, weshalb es üblich ist, daß jeder von diesen in redundanter Weise aus zwei miteinander verbundenen und von zwei getrennten Hydraulikkreisen versorgten Arbeitszylindern besteht, um sicherzustellen, daß bei einer Beschädigung oder einem Ausfall eines Arbeitszylinders oder seines Hydraulikkreises wenigstens der andere Arbeitszylinder funktionsfähig ist.

Hierzu sind verschiedene Konstuktionslösungen möglich, die eine Verbindung zwischen den Kolbenstangen der miteinander fluchtenden Arbeitszylinder oder eine Nebeneinanderreihung der Arbeitszylinder vorsehen, wobei die Lasche zur Verbindung mit der Taumelscheibe von einem Joch oder dgl. getragen wird, welches die Kolbenstangen der Arbeitszylinder miteinander verbindet.

Die erste Lösung, bei der die Arbeitszylinder fluchten, hat den Vorteil eines geringen Raumbedarfs in Querrichtung und einer genau symmetrischen Belastung, ist jedoch in Längsrichtung sehr groß (nahezu doppelt so groß wie ein einzelner Arbeitszylinder) und für einige Anwendungsfälle nicht geeignet.

Die Anordnung der Arbeitszylinder in Nebeneinanderreihung hat jedoch einen größeren Raumbedarf in Querrichtung. Hinzu kommt, daß im Notbetrieb mit nur einem aktiven Arbeitszylinder ein Fluchtungsfehler zwischen der Wirkungsrichtung des Arbeitszylinders und dem Angriffspunkt des Widerstandes auftritt. Das verursacht ein Biegemoment im Joch sowie in der Kolbenstange des Arbeitszylinders und damit erhöhte Belastungen, die die Zeit des sicheren Einsatzes unter diesen Bedingungen begrenzen und eine überdimensionierung der beteiligten Organe und damit eine erhebliche Gewichtsvergrößerung verlangen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Servoantriebsvorrichtung zu schaffen, die in Längsrichtung einen kleinen Bauraum aufweist und trotzdem bei allen Anwendungsfällen unter normalen Bedingungen und unter Notfal 1bedingungen eine symmetrische Belastungsverteilung sichert, so daß keine Biegemomente und dadurch verursachte überbelastungen der gesamten Struktur auftreten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei der gattungsgemäßen Vorrichtung durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematisehe Darstellung der mechanischen und

hydraulischen Kopplung eines Servoantriebs der Erfindung ,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der
Vorrichtung,

Figur 3 eine Seitenansicht der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung und

Figur 4 eine Vorderansicht in Richtung des Pfeiles IV der Figur 3.

Wie die Figur 1 schematisch und die Figuren 2, 3 und 4 im einzelnen zeigen, ist eine Servoantriebsvorrichtung zur Betätigung der Taumelscheibe des Hauptrotors eines Hubschraubers vorgesehen, die aus vier untereinander gleichen, hydraulischen Arbeitszylindern 1, 2, 3 und 4 besteht. Die Kolbenstangen 5 der Arbeitszylinder sind mit einer rechteckigen Platte 6 verbunden, auf der eine Befestigungslasche 7 zur Verbindung mit der Taumelscheibe befestigt ist. Die Arbeitszylinder selbst sind ebenfalls miteinander verbunden, und zwar durch eine in Figur 1 nicht gezeigte, vordere Platte 8 und eine hintere Platte 9, welche eine Befestigungslasche 9a zur Verbindung mit einer ortsfesten Struktur des Hubschraubers trägt.

Jeder Zylinder hat einen Kolben 10, der fest mit der Kolbenstange 5 verbunden ist und der den Zylinder in zwei Kammern la und Ib bzw. 2a und 2b bzw. 3a und 3b bzw. 4a und 4b aufteilt. Der in Figur 1 schematisch dargestellte, hydraulische Versorgungskreis verbindet die Kammern la und 3a, die Kammern Ib und 3b, die Kammern 2a und 4a sowie die Kammern 2b und 4b, wodurch die jeweils diametral gegenüberliegenden Arbeitszylinder zu Paaren mit zwei parallelen Antriebskreisen 11 und 12 zusammengefaßt werden.

Diese Antriebskreise werden von zwei untereinander gleichen Schieberventilen 13 und 14 gesteuert, welche ihrerseits von zwei getrennten und voneinander unabhängigen Versorgungskreisen 15 und 16 gespeist werden, von denen jeder eine Druckleitung . P und eine Rück 1 auf 1 eitung R hat. Die in der Zeichnung nicht dargestellten Schieber der Ventile 13 und 14 sind, wie Figur 1 zeigt, über je ein Kugelgelenk 18 mit einem Gabelhebel 17 verbunden .

Der Gabelhebel 17 ist an Zapfen 19 gelenkig gelagert, welche gemäß den Figuren 2 und 4 fest mit den Arbeitszylindern verbunden sind, und ist außerdem über zwei koaxiale Bolzen 20 gelenkig mit den Armen 21 und 22 einer Gabel 23 verbunden, wobei diese Gelenkverbindung in einer mittleren Lage der Arme zwischen einem Verbindungsstück 24 für eine Betätigungsstange des Servoantriebs und den Zapfen 25 für die Verbindung mit zwei Koppelstangen 26 liegt, welche ihrerseits am anderen Ende über Zapfen 27 an der Platte 6 angelenkt sind.

Es ist vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen der Achse der Bolzen 20 und der Achse der Zapfen 25 gleich dem Abstand zwischen der Drehachse der Kugelgelenke 18 und der Achse der Zapfen 25 ist oder sich von diesem Abstand nur wenig unterscheidet, um keine zu großen Änderungen zwischen den Verschiebewegen der Bolzen 20 und den Auslenkungen der mit den Kugelgelenken 18 verbundenen Schieber der Ventile 13 und 14 aufgrund von unterschiedlichen Hebelarmen hervorzurufen.

Der Gabelhebel 17 ist erforderlich, um den Winkelausschlag zu begrenzen, der auf die Kugelgelenke 18 wirkt, welche auch bei weiten Schwenkbewegungen der Gabel 23 entsprechend den minimalen und maximalen Verschiebewegen der Arbeitszylinder keine großen Drehungen zulassen können. Der Gabelhebel 17 gestattet es ferner, daß die Zylinder mögliche Belastungen aufnehmen, die orthogonal zu den Achsen der Schieber der Ventile 13 und 14 verlaufen, so daß diese nicht beschädigt werden oder deren Lebens -

dauer beeinträchtigt wird.

Wie die Figuren 2, 3 und 4 zeigen, sind die Gehäuse der Ventile 13 und 14 mittels Schrauben 28 an den Arbeitszylindern befestigt. Die soeben genannten Figuren zeigen ferner, daß die Arbeitszylinder mit ihren durchgehenden Kolbenstangen mit minimalem gegensei tigern Abstand voneinander eingebaut sind, was vor allem auch durch die alternierende Anordnung der Zylinderböden 29 erreicht wird, so daß die gesamte Vorrichtung einen minimalen Raumbedarf hat.

Die beschriebene und dargestellte Servoantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung arbeitet in der folgenden Weise:

Ein vom Piloten abgegebener Befehl wird über Vorgelegeorgane zu dem Verbindungsstück 24 geleitet, wodurch dieses verstellt wird, beispielsweise in Richtung des Pfeiles F der Figur 1. Dadurch wird die Gabel 23 um die Achse der Zapfen 25 gedreht, wodurch auch eine Drehung des Gabelhebels 17 um die Zapfen 19 erzeugt wird. Auf diese Weise werden auch die über die Kugelgelenke 18 mit dem Gabelhebel 17 verbundenen Schieber der Ventile 13 und 14 in derselben Richtung ausgelenkt. Das hat zur Folge, daß die oberen Kammern la, 2a, 3a und 4a der Arbeitszylinder beaufschlagt werden und die Platte 6 nach unten verschieben, welche die Befestigungslasche 7 und die damit verbundenen Organe trägt, bis über die Koppelstangen 26 die Zapfen 25 eine Verschiebung in Richtung des Pfeiles G der Figur 1 mit einem Ausschlag erreicht haben, der gleich oder proportional der Verschiebung des Verbindungsstückes 24 ist, was vom Abstand zwischen dem Verbindungsstück 24 und den Achsen der Bolzen 20 und der Zapfen 25 abhängt. Sobald dieser Zustand erreicht ist, gelangen die Schieber der Ventile 13 und 14 wieder in ihre mittlere Stellung, wodurch die Beaufschlagung der Arbeitszylinder in ihrer neuen Stellung mit zurückgezogenen Kolbenstangen unterbrochen wird.

Ein Steuerbefehl in zum Pfeil F entgegengesetzter Richtung bewirkt in analoger Weise eine Verschiebung der Kolbenstangen der Arbeitszylinder. In Figur 3 sind die maximal möglichen Auslenkungen in beiden Richtungen gestrichelt dargestellt und mit
bzw. ''" gekennzeichnet.

Wenn sich Fehler oder Schaden in einem der beiden Versorungskreise 15, 16 oder in einem der Ventile 13, 14 oder in einem der Arbeitszylinder 1, 2, 3, 4 einstellen, bleibt die Betriebsbereitschaft des Servoantriebs erhalten. Wenn beispielsweise eine Unterbrechung oder ein Ausfall im Versorgungskreis 15 auftritt, wird das Ventil 13 inaktiv und schließt die Arbeitszylinder 1 und 3 kurz. Der Steuerbefehl wird daher nur vom Ventil 14 abgegeben, welches über den Antriebskreis 12 die Arbeitszylinder 2 und 4 beaufschlagt, die symmetrisch zur Befestigungslasche 7 angeordnet sind und die Betätigung durchführen können, ohne daß zusätzliche Biegebeanspruchungen auf die Platte 6, die Kolbenstangen 5 und die anderen Organe der funktionsfähig gebliebenen Arbeitszylinder ausgeübt werden.

Aufgrund dieser Bedingung wird daher auch in Notfällen der Betrieb der Servoantriebsvorrichtung ohne zeitliche Begrenzungen aufrechterhalten, ohne daß die Gefahr eines Dauerbruchs besteht, weil die Belastungssymmetrie gegenüber dem normalen Betrieb nicht verändert wird.

Der Flugkörper kann auch unter normalen Bedingungen durch den Einsatz nur eines der beiden Versorgungskreise 15 oder 16 gesteuert werden, wobei der andere Versorgungskreis für den Notfall bereitgehalten wird.

Ein derartiger Einsatz ist mit den herkömmlichen Konstruktionen nicht möglich, welche zwei nebeneinander angeordnete Arbeitszylinder haben, deren Stangen durch ein Joch verbunden sind, das in der Mitte die Befestigungslasche für die Taumelscheibe trägt, denn bei dieser Konstuktion ergeben sich in allen Fäl-

len, in denen die beiden Arbeitszylinder nicht gleichzeitig arbeiten, Belastungsassymmetrien und entsprechende Biegemomente, weshalb bei diesen bekannten Vorrichtungen der Betrieb unter Notfal 1 bedingungen mit einem einzigen, im Betrieb stehenden Versorgungskreis und nur einem jeweils aktiven Arbeitszylinder zeitlich begrenzt werden muß, was die Sicherheitsgarantien einschränkt.

Der Aufbau der Vorrichtung gemäß der Erfindung erfordert schließlich in Querrichtung einen geringeren Raum als die bekannten Vorrichtungen mit zwei nebeneinander angeordneten Arbeitszylindern bei gleichem Druckquerschnitt, so daß Zylinder mit kleinerem Durchmesser eingesetzt werden können.

Die Kenndaten der ServoventiIe, der Aufbau und die Verbindungsmöglichkeiten für die Arbeitszylinder und dgl. sind bekannt und nicht näher erläutert. Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abänderungen des beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiels möglich. Die Servoantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann schließlich außer für die Steuerung des Rotors eines Hubschraubers auch für andere Anwendungsfälle eingesetzt werden, bei denen sich dieselben SicherheitsälIe- und Betriebsanforderungen einstellen.

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Claims

K 22 448/7 Magnaghi Oleodinamica S.p.A. Redundanz-Servoantrieb, insbesondere für die Betätigung von Flugsteuerungsorganen in Flugzeugen Patentansprüche

1. Redundante Servoantriebsvorrichtung, insbesondere zur Betätigung von Flugsteuerungsorganen in Flugzeugen wie Hubschraubern oder dgl., dadurch gekennzeichnet, daß zwei Paare hydraulischer Arbeitszylinder (1, 2, 3, 4) vorgesehen sind, die hydraulisch parallel miteinander verbunden sind, von zwei getrennten hydraulischen Versorgungskreisen (15, 16) beaufschlagt werden und mit parallelen Achsen in geringem Abstand voneinander auf den Diagonalen eines Vierecks bzw. Quadrates angeordnet sind, wobei die Kolbenstangen (5) der Arbeitszylinder an den Enden untereinander durch eine i.w. viereckige bzw. quadratische Platte (6) verbunden sind, die in der Mitte eine Befestigungslasche (7) für den Anschluß an die Flugsteuerungsorgane hat, und wobei die Zylinder der Arbeitszylinder miteinander durch eine Platte (9) an ihrem Bodenende verbunden sind, welche in der Mitte eine Befestigungslasche (9a) für die Verbindung mit der ortsfesten Struktur des Flugzeugs aufweist.

2. Servoantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar der Arbeitszylinder (1, 3; 2, 4) über ein Ventil (13 bzw. 14) versorgt wird, das mit einem der voneinander getrennten Versorgungskreise (15, 16) verbunden ist und dessen Gehäusekörper am Zylinder einer der Arbeitszylinder befestigt ist, während die beweglichen Teile dieser Ventile (13, 14) untereinander für die gemeinsame Betätigung der Arbeitszylinder-Paare verbunden sind.

3. Servoantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (13, 14) über ihre beweglichen Teile mit einem Hebelelement (23) verbunden sind, und zwar zwischen den Verbindungspunkten (24) dieses Hebelelementes (23) mit den mechanischen Betätigungsubertragungsorganen und den Verbindungspunkten des*Hebelelementes (23) mit den Rückführ-Steuerungselementen für die Stellung der die Kolbenstangen (5) verbindenen Platte (6).

4. Servoantriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebelelement (23) aus einer Gabel besteht, die die Zylinder der Arbeitszylindereinheiten (1, 2, 3, 4) umfaßt und mit deren Armen (21, 22) in deren Mitte die beweglichen Teile der Ventile (13, 14) unter eventueller Zwischenschaltung eines Hilfshebels (17) verbunden sind, wobei das Verbindungselement .der beiden Arme (21, 22) mit den Betätigungsubertragungsorganen verbunden ist, während mit den Enden dieser Arme (21, 22) wenigstens eine Koppelstange (26) verbunden ist, deren gegenüberliegendes Ende an der Platte (7) angelenkt ist.

5. Servoantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei die Platte (6) und die Arme (21, 22) der Gabel (23) verbindende Koppelstangen (26) vorgesehen sind.