DE3632068C2

DE3632068C2 -

Info

Publication number: DE3632068C2
Application number: DE3632068A
Authority: DE
Inventors: Udo Dr. 2800 Bremen De Carl; Homayoun Dipl.-Ing. 2808 Gessel De Dilmaghani
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 1986-09-12
Filing date: 1986-09-20
Publication date: 1989-03-09
Also published as: DE3632068A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Höhenrudersteuerungssystem in Fly-by- wire-Ausführung, bestehend aus Pilotensteuerungsorganen, einem automatischen Flugführungssystem (Autopilot), elektro-hydrauli schen Höhenruder-Stellsystemen, einem rechts- und einem linkssei tigen Höhenruder sowie einer mechanischen Höhenruderhilfssteue rung, deren Höhenruder-Ausschlagsignale über Seilstränge übertrag bar sind.The invention relates to an elevator control system in fly-by wire version, consisting of pilot control units, one automatic flight guidance system (autopilot), electro-hydraulic elevator adjustment systems, one on the right and one on the left elevator and a mechanical elevator auxiliary control tion, whose elevator deflection signals are transmitted via rope strands are cash.

Es ist bekannt, daß Höhenrudersteuerungssysteme von Flugzeugen in der sogenannten Fly-by-wire-Technik ausgeführt sind (AIRBUS A320). Bei der Anwendung dieser Technik werden von Piloten an sogenannten Seitensteuer-Bediengeräten (side-sticks) Steuersignale erzeugt, die über parallel arbeitende Computergruppen elektro-hydraulische Stellsysteme ansteuern, die die mechanische Betätigung der Höhen ruder vollziehen. Pro Höhenruder sind in der Regel zwei oder drei redundante Stellantriebe installiert (Duplex- oder Triplex-Anord nung).It is known that aircraft elevator control systems in the so-called fly-by-wire technology (AIRBUS A320). When using this technique, pilots use so-called Side control operating devices (side sticks) generates control signals, the electro-hydraulic via parallel working computer groups Actuate control systems that mechanically operate the heights pull the rudder. There are usually two or three per elevator redundant actuators installed (duplex or triplex arrangement tion).

Bei einem Ausfall der Flugsteuerungselektrik besteht keine Höhen rudersteuerbarkeit des Flugzeuges mehr. Besondere Bedeutung kommt auch einer Ausfallsituation im Hochgeschwindigkeitsflug zu, bei der nur eine Seite der Höhenrudersteuerung ausfällt, die andere aber zur Steuerung noch intakt ist. In diesem Fall treten bei Flugmanövern unzulässige Asymmetrien hinsichtlich der Strukturbe lastung des Flugzeuges auf.If the flight control electronics fail, there is no altitude rudder controllability of the aircraft more. Special importance comes also a failure situation in high-speed flight, at the only one side of the elevator control fails, the other but is still intact for control. In this case join Flight maneuvers impermissible asymmetries with regard to the structure load on the aircraft.

Aus der DE-OS 31 51 623 ist eine Steuerungseinrichtung zum Ein stellen von Steuerflächen für Luftfahrzeuge mit einem von einem Steuerorgan beeinflußbaren mechanischen und einem vom gleichen Steuerorgan beeinflußbaren elektrischen Signalübertragungssystem zur Ansteuerung von Stellgliedern der Steuerflächen bekannt. Die Steuerflächen sind dabei in zwei Teilflächen aufgeteilt, und jede der beiden Teilflächen ist mit ihren Stellgliedern jeweils einem der beiden Signalübertragungssysteme zugeordnet.From DE-OS 31 51 623 is a control device for one provide control surfaces for aircraft with one by one Controllable mechanical and one of the same Control influenceable electrical signal transmission system Known for controlling actuators of the control surfaces. The Control areas are divided into two partial areas, and each the two partial areas are one with their actuators assigned to the two signal transmission systems.

Nachteilig bei dieser Steuereinrichtung ist, daß die von den Flug steuerungsautomaten erzeugten Steuerungssignale lediglich Zusatz steuersignale darstellen, die auf in der Regel kleine Teilsteuer flächen wirken. Die durch die mechanische Steuerungseinrichtung auf die Hauptsteuerflächen wirkenden Steuersignale lassen sich zu dem durch die elektrisch signalisierten Steuersignale nicht vari ieren oder ersetzen. Außerdem kann das mechanisch signalisierende Steuersystem bei einem Ausfall des elektrischen Steuerweges als Notsteuersystem dessen Steuerungsaufgaben nicht übernehmen.A disadvantage of this control device is that the flight automatic control signals generated only additive Represent control signals, which are usually small tax work surfaces. The through the mechanical control device Control signals acting on the main control surfaces can be permitted which does not vary due to the electrically signaled control signals or replace. In addition, the mechanically signaling Control system in the event of a failure of the electrical control path as Emergency control system does not take over its control tasks.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, für parallel redundante Höhenru der-Stellantriebssysteme, zum Beispiel Duplex- oder Triplex-Anord nungen, an den beiden Höhenrudern eines Flugzeuges eine gewicht lich, komplexitätsmäßig und funktionell vorteilhafte Lösung zu finden, die einen gleichen oder verbesserten Sicherheitsgrad be züglich beidseitigem oder einseitigem Ruderausfall aufweist. Zudem soll bei konsequenter Gesamtsystemauslegung der Flugzeugsteuerung in der Fly-by-wire-Technik eine einfache mechanische Höhenruder- Notsteuerbarkeit für den Fall des Totalausfalls der Bordelektrik möglich sein.The object of the invention is for parallel redundant Höhenru the actuator systems, for example duplex or triplex arrangement weight on the two elevators of an airplane Lich, complex and functionally advantageous solution find the same or improved security level has bilateral or unilateral rudder failure. In addition with a consistent overall system design for aircraft control in fly-by-wire technology a simple mechanical elevator Emergency controllability in the event of total failure of the on-board electrical system to be possible.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dem kennzeichnenden Teil des Anspruch 1 zu entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. We sentlich für den Erfindungsgedanken ist, ein mechanisches Hö henruder-Notsteuersystem in eine Fly-by-wire-Höhenrudersteuerung zu integrieren, das parallel und synchron auf beide Höhenruder wirkt und gegenüber den elektrisch gesteuerten Höhenruder-Steue rungseinrichtungen Betätigungspriorität besitzt.The achievement of this task is the characteristic Part of claim 1. Advantageous further training and Refinements are characterized in the subclaims. We is essential for the idea of the invention, a mechanical Hö henru emergency control system in a fly-by-wire elevator control to integrate that in parallel and synchronously on both elevators acts and compared to the electrically controlled elevator control equipment has priority.

Mit Hilfe der Zeichnung (Fig. 1) ist ein Ausführungsbeispiel er läutert. Die beiden Höhenruder 1 werden von je einer hydraulischen Höhenruderstelleinrichtung 2 mechanisch betätigt, welche jeweils von einem Höhenrudersteuerungsgestänge 3 angesteuert wird, welches zum Teil redundant ausgebildet ist. Der Signaleingang in das Hö henrudersteuerungsgestänge 3 erfolgt nicht primär von einem Steuerknüppel, sondern wird je Höhenruderseite durch ein elektri sches Kontrollmodul 4, bestehend aus wenigstens zwei Elektromoto ren EM mit einem Getriebe und einer Übersteuerungseinrichtung 4.2, ausgeführt.With the help of the drawing ( Fig. 1) an embodiment he explains. The two elevators 1 are each mechanically actuated by a hydraulic elevator actuating device 2 , which is controlled in each case by an elevator control linkage 3 , which is designed in part redundantly. The signal input into the elevator control linkage 3 is not primarily from a joystick, but is performed for each elevator side by an electrical control module 4 , consisting of at least two electromotive ren EM with a transmission and an override device 4.2 .

Diese beiden Kontrollmodule 4, einer primär für den rechten, der andere für den linken Steuerstrang, werden von an sich bekannten Flugsteuerungsrechnern 5 synchron und simultan mit den gleichen Steuerungsbefehlen versorgt, so daß links- und rechtsseitig die Höhenruder 1 die gleichen Ausschlagssignale erhalten. Jeder der aktiven Flugsteuerungsrechner 5 erfährt gleichzeitig die Position beider Kontrollmodulausgänge, so daß eine Überwachung auf Synchro nität sowie im Falle einer Fehlfunktion ein Abschalten bzw. Um schalten sichergestellt ist.These two control modules 4 , one primarily for the right, the other for the left control train, are supplied synchronously and simultaneously by flight control computers 5 known per se with the same control commands, so that the left and right sides of the elevator 1 receive the same deflection signals. Each of the active flight control computer 5 simultaneously experiences the position of both control module outputs, so that monitoring for synchronicity and in the event of a malfunction a switch-off or switchover is ensured.

Die Stellkommandos werden wie bekannt sowohl aus Sensorabgriffen am Pilotensteuerungsorgan 6, zum Beispiel einem Seitensteuerungs- Bediengerät, als auch durch Signale vom automatischen Flugfüh rungssystem 7 (Autopilot) in den Rechnern 5 erzeugt.The control commands are generated, as is known, both from sensor taps on the pilot control element 6 , for example a side control operating device, and from signals from the automatic flight control system 7 (autopilot) in the computers 5 .

Zur Notsteuerung des Höhenruders 1 während beispielsweise eines Ausfalls der gesamten Bordelektrik des Flugzeuges, bei dem eine oder mehrere der triplizierten hydraulischen Höhenruderstellein richtungen 2 (B, G, Y) noch funktionsfähig sind, ist ein Notbedien element 8 für die Höhenrudersteuerung vorgesehen. Mit ihm wird über die Übersteuerungseinheiten 4.2 in den Kontrollmodulen 4 ein mechanisches Steuersignal zu dem oder den arbeitsfähigen Hydrau liksystemen der Höhenruder 1 übertragen. Das Notbedienelement 8 kann dabei als Doppel-Steuerrad oder als Doppel-Hebelelement aus geführt sein.For emergency control of the elevator 1 during, for example, a failure of the entire electrical system of the aircraft in which one or more of the triplicated hydraulic elevator control devices 2 (B, G, Y) are still functional, an emergency control element 8 is provided for the elevator control. With it, a mechanical control signal to the liksystemen or the working-Hydrau the elevator 1 is transferred via the transfer control units 4.2 in the control modules. 4 The emergency control element 8 can be performed as a double steering wheel or as a double lever element.

Dieses Notbedienelement 8 für die Höhenrudersteuerung ist mit den Kontrollmodulen 4 des normalen, elektrischen Flugsteuerungssystems über einen doppelten und damit ausfallgesicherten Seilstrang 9 verbunden. Der Eingriff dieser duplizierten Seilstränge 9 in die Kontrollmodule 4 erfolgt in sogenannten Übersteuerungseinrichtun gen 4.2, bei denen es sich um mechanische Bauelemente handelt, die in folgender Weise funktionieren.This emergency operating element 8 for the elevator control is connected to the control modules 4 of the normal, electrical flight control system via a double and therefore fail-safe cable strand 9 . The intervention of these duplicated rope strands 9 in the control modules 4 takes place in so-called oversteering devices 4.2 , which are mechanical components that function in the following manner.

Im normalen Betriebsfall signalisieren die Kontrollmodule 4 die Verstellung der Höhenruder 1 dem Notbedienelement 8 für die Hö henrudersteuerung durch ein synchrones und proportionales Mitbe wegen der Seilstränge 9. Das heißt, das Notbedienelement 8 für die Höhenrudersteuerung bewegt sich entsprechend dem Höhenruderaus schlag mit.In normal operation, the control modules 4 signal the adjustment of the elevator 1 to the emergency control element 8 for the elevator control by a synchronous and proportional mitbe because of the rope strands 9 . This means that the emergency control element 8 for the elevator control moves in accordance with the elevator deflection.

Wenn ein Pilot z. B. aufgrund der Erkenntnis eines fehlerhaften Systemverhaltens im elektrischen Steuerungsmode das Notbedien element 8 betätigt und damit ein Steuerungssignal erzeugt, das mit dem durch die Flugsteuerungsrechner 5 und der Getriebe-/Elektromo toreneinheit 4.1 erzeugten Steuerungssignal nicht übereinstimmt, wird dem von dem Piloten mechanisch erzeugten Notsteuerungssignal eine höhere Priorität eingeräumt und gelangt zur Ausführung. If a pilot e.g. B. due to the detection of a faulty system behavior in the electrical control mode, the emergency control element 8 is actuated and thus generates a control signal that does not match the control signal generated by the flight control computer 5 and the transmission / electromotive unit 4.1 , is the mechanically generated pilot control signal generated by the pilot given higher priority and executed.

Da nicht ausgeschlossen werden kann, daß einer der Seilstränge 9 klemmt, und damit wegen der Priorität vom mechanischen über dem elektrischen Steuersignal am Übersteuerungsmechanismus 4.2 kein Fehlsignal auf das Höhenruder kommandiert wird, ist das Notbedien element 8 mit einer Ausrasteinrichtung 8.1 versehen (symbolisiert durch ausrastbare Kugeln mit Federvorspannung und zwei Handrä dern), die auf zwei getrennte Seilstränge 9 wirken. Auf diese Weise ist der Pilot in der Lage, bei einem klemmenden Steuersi gnalseilstrang 9 zumindest durch einen Eingriff am zweiten Steuer rad (oder Hebelelement) des Notbedienelements 8 im Niedergeschwin digkeitsflug noch ein gewolltes Höhenrudersignal auszulösen.Since it cannot be ruled out that one of the rope strands 9 is stuck, and therefore no false signal is commanded to the elevator because of the priority from the mechanical control signal to the override mechanism 4.2 , the emergency control element 8 is provided with a disengagement device 8.1 (symbolized by disengageable balls with spring preload and two hand wheels), which act on two separate rope strands 9 . In this way, the pilot is able to trigger a desired elevator signal in a jamming control signal line 9 at least by engaging the second control wheel (or lever element) of the emergency control element 8 in low-speed flight.

Um zu verhindern, daß im Hochgeschwindigkeitsflug zwischen dem linken und dem rechten Höhenruder, auch im Fehlerfall, kein asym metrischer Steuerausschlag auftritt, werden von den Kontrollmodu len 4 identische Steuersignale in ihre Steuerstränge 3 und 9 ein gespeist. Zudem sind die rechts- und linksseitigen Signalgestänge 3 mechanisch durch die Synchronisationseinheit 10 miteinander ge koppelt. Des weiteren sorgt das Notbedienelement 8 zusammen mit den mechanischen Notsteuer-Seilsträngen 9 für eine Signalsynchronität zwischen dem rechten und dem linken Höhenruderausschlag.To prevent high asymmetric flight between the left and right elevator, even in the event of an error, no asymmetrical control deflection occurs, 4 identical control signals are fed into their control lines 3 and 9 by the control modules. In addition, the right and left-hand signal linkages 3 are mechanically coupled to one another by the synchronization unit 10 . Furthermore, the emergency control element 8, together with the mechanical emergency control cable strands 9, ensures signal synchronism between the right and left elevator deflection.

Damit wird deutlich, daß die mechanische Synchronisationseinheit 10, die nur im Hochgeschwindigkeitsflug eingeschaltet ist, auch im Versagensfall der elektrischen Systeme eine mechanisch synchroni sierte Höhenrudersteuerung ermöglicht.This makes it clear that the mechanical synchronization unit 10 , which is only switched on in high-speed flight, also enables mechanically synchronized elevator control in the event of failure of the electrical systems.

In weiteren erfindungsgemäß vorteilhaften Ausgestaltungen werden die Elektromotoren EM in den Kontrollmodulen 4 gemeinsam oder je weils von einem oder mehreren Flugsteuerungsrechnern 5 gleichen oder unterschiedlichen Typs angesteuert, so daß die Ausfallsicher heit des elektrisch betriebenen Steuerungssystems erhöht wird. Die Anzahl der in den Kontrollmodulen 4 eingesetzten Elektromotoren EM kann zwei oder mehr betragen. Für den Fall, daß aus Gewichts- und Systemvereinfachungsgründen nur zwei Elektromotoren EM je Kon trollmodul 4 zum Einsatz kommen, und in Anbetracht der Eintritts wahrscheinlichkeit eines Ausfalls beider Elektromotoren EM in einem Kontrollmodul 4, kommt der beschriebenen mechanischen Syn chronisation und Notsteuerbarkeit der Höhenruder eine besonders vorteilhafte Bedeutung zu. Die elektrisch signalisierte Höhenru dersteuerung ist auch dann möglich, wenn einer der Kontrollmodule 4 ausgefallen ist. In diesem Fall werden die elektrisch erzeugten Steuersignalwege des anderen, noch intakten Kontrollmoduls 4 so wohl über die Seilstränge 9 als auch (nur im Hochgeschwindig keitsflug) über ein Koppelgestänge mit der Synchronisationseinheit 10 zwischen rechtem und linkem Signalgestänge 3 auf beide Höhen ruder geleitet.In further advantageous embodiments according to the invention, the electric motors EM in the control modules 4 are controlled jointly or each time by one or more flight control computers 5 of the same or different types, so that the reliability of the electrically operated control system is increased. The number of electric motors EM used in the control modules 4 can be two or more. In the event that, for reasons of weight and system simplification, only two electric motors EM per control module 4 are used, and in view of the likelihood of a failure of both electric motors EM in a control module 4 , the described mechanical synchronization and emergency controllability of the elevator comes a particularly beneficial meaning too. The electrically signaled elevator control is also possible if one of the control modules 4 has failed. In this case, the electrically generated control signal paths of the other, still intact control module 4 are routed via the cable strands 9 as well (only in high-speed flight) via a coupling linkage with the synchronization unit 10 between the right and left signal linkages 3 to both elevators.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Funktionstüchtigkeit der Höhenruder-Notfallsteuerung durch die Betätigung eines Testschalters 11 durch Piloten zum Beispiel vor dem Flugbeginn überprüft werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the functionality of the elevator emergency control can be checked by actuating a test switch 11 by pilots, for example before the start of the flight.

Claims

1. Fly-by-wire elevator control system, consisting of pilot controls ( 6 ), an automatic flight control system ( 7 ) (autopilot), electro-hydraulic elevator control systems, a right and left elevator ( 1 ) and a mechanical elevator control , whose hoof deflection signals can be transmitted via rope strands ( 9 ), characterized in that the elevator control signals from the pilot control elements ( 6 ) and the automatic flight control system ( 7 ) are supplied to flight control computers ( 5 ) in the electrically controlled flight control mode and are synchronized and synchronized by them Simultaneously transferred to two parallel control modules ( 4 ) and from these via a elevator control linkage ( 3 ) to hydraulic elevator control devices ( 2 ) and the elevator ( 1 ) that the control modules ( 4 ) each from a gearbox / electric motor unit ( 4.1 ) with a gearbox and from the flight control computers ( 5 ) controlled electric motors (EM) and an oversteering device ( 4.2 ), the latter being connected via the cable strands ( 9 ) to an emergency operating element ( 8 ) of the elevator auxiliary control and which has a higher execution priority during the electrical flight control operation and which electrical elevator control signals from the control modules ( 4 ) to the emergency control element ( 8 ) transmits synchronously and proportionally that on the emergency control element ( 8 ) a disengagement device ( 8.1 ) is provided through which one or more jammed rope strands ( 9 ) can be released that the elevator control linkages ( 3 ) of the left and right elevator ( 1 ) are connected to one another by a mechanical synchronization unit ( 10 ) and that the flight control computers ( 5 ) are assigned a signal feedback device for the elevator position, the control module ( 4 ) from the flight expensive computers ( 5 ) can be switched on or off.

2. elevator control system according to claim 1, characterized in that the emergency operating element ( 8 ) for the elevator auxiliary control is designed as a double steering wheel or as a double He bel element.

3. elevator control system according to claim 1, characterized in that the elevator control linkage GE ( 3 ) are fail-safe, and the hydraulic elevator control devices ( 2 ) are triple redundant.

4. elevator control system according to claim 1, characterized in that the electric motors (EM) in the control modules ( 4 ) are controlled by one or more flight control computers ( 5 ) of the same or different type.

5. elevator control system according to claim 4, characterized in that per control unit ( 4 ) two or more electric motors (EM) are installed.

6. elevator control system according to claims 1 to 5, characterized in that the functional speed of the elevator auxiliary control can be checked by actuating a test switch ( 11 ).