DE3638818C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Höhenrudersteuerungssystem in fly-by-wire-Ausführung, bestehend aus Pilotensteuerungsorganen, einem automatischen Flugführungssystem (Autopilot), elektro- hy­ draulischen Höhenruder-Stellsystemen, einem rechts- und einem linksseitigen Höhenruder sowie einer mechanischen Höhenruderhilfs­ steuerung, deren Höhenruder-Ausschlagsignale über Seilstränge übertragbar sind, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Wie im Hauptpatent P 3 63 32 068.4 erläutert, ist es bekannt, Höhenrudersteuerungssysteme von Flugzeugen in sogenannter fly-by­ wire-Technik auszuführen (AIRBUS A 320). Beim Einsatz solcher Steuerungssysteme werden von Piloten mit sogenannten Seitensteuer- Bediengeräten (side-sticks) Steuersignale erzeugt, die über paral­ lel arbeitende Computergruppen elektro-hydraulische Stellsysteme ansteuern und die mechanische Betätigung der Höhenruder vollzie­ hen. Pro Höhenruder werden in der Regel zwei oder drei redundante Stellantriebe installiert (Duplex- oder Triplex-Anordnung), um beim Ausfall eines Antriebes die Steuerfähigkeit aufrechtzuerhal­ ten.

Wie im Hauptpatent angegeben ist, ist in das dort beschriebene fly-by-wire Steuersystem ein mechanisches Notsteuersystem inte­ griert, welches gegenüber dem elektrischen Steuersystem Betäti­ gungspriorität besitzt. Dieses Steuersystem hat den Vorteil beim Ausfall der Bordelektrik einsatzfähig zu bleiben, aber bei einem mechanischen Fehler im Steuergestänge könnte es zu einem beliebig fehlerhaften Ausschlag eines Höhenruders, insbesondere im Nieder­ geschwindigkeitsbereich, kommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem paral­ lel redunanten Höhenrudersteuerungssystem der eingangs genannten Art fehlerhafte Ausschläge eines Höhenruders aufgrund mechanischer Fehler im Steuergestänge zu vermeiden. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Höhenrudersteuergestänge über Zentrierfedern verfügt, welche bei einem Gestängebruch ein unkon­ trolliertes Ausschlagen der Höhenruder im Niedergeschwindigkeits­ bereich verhindern.

Die Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert.

Die Darstellung zeigt die beiden Höhenruder 1 welche, wie beim Hauptpatent von je einer hydraulischen Höhenruderstelleinrichtung 2 mechanisch über ein Höhenrudersteuerungsgestänge 3 angesteuert werden. Das Gestänge 3 kann auch redundant ausgebildet sein und das gesamte System ist bis auf die Zentrierfedern 12, welche das Höhenrudergestänge 3 zentrieren, mit dem System des Hauptpatentes identisch.

Im Einsatz werden die beiden Kontrollmodule 4, einer primär für den rechten, der andere für den linken Steuerstrang, von an sich bekannten Flugsteuerungsrechnern 5 synchron und simultan mit den gleichen Steuerungsbefehlen versorgt, so daß links- und rechtssei­ tig die Höhenruder 1 die gleichen Ausschlagssignale erhalten. Je­ der der aktiven Flugsteuerungsrechner 5 erfährt gleichzeitig die Position beider Kontrollmodulausgänge, so daß eine Überwachung auf Synchronismus, sowie im Falle einer Fehlfunktion ein Abschalten bzw. Umschalten, sichergestellt ist.

Die Stellkommandos werden wie bekannt sowohl aus Sensorabgriffen Am Pilotensteuerungsorgan 6, zum Beispiel einem Seitensteuerungs- Bediengerät 6, als auch durch Signale vom automatischen Flugfüh­ rungssystem 7 (Autopilot) in den Rechnern 5 erzeugt.

Zur Notsteuerung des Höhenruders 1, beispielsweise während eines Ausfalls der gesamten Bordelektrik des Flugzeuges, bei dem eine oder mehrere der triplizierten hydraulischen Höhenruderstelleinrichtungen 2 (B, G, Y) noch funktionsfähig sind, ist das Notbedienelement 8 für die Höhenrudersteuerung vorgesehen. Mit ihm wird über die Übersteuerungseinheiten 4.2 in den Kontrollmodulen 4 ein mechanisches Steuersignal zu dem oder deh arbeitsfähigen Hydrauliksystemen der Höhenruder 1 übertragen. Das Notbedienelement 8 kann dabei als Doppel-Steuerrad oder als Doppel-Hebelelement ausgeführt sein.

Dieses Notbedienelement 8 für die Höhenrudersteuerung ist mit den Kontrollmodulen 4 des normalen, elektrischen Flugsteuerungssy­ stems über einen doppelten, 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.

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 Höhenruder­ ausschlag mit.

Wenn ein Pilot z. B. aufgrund der Erkenntnis eines fehlerhaften Systemverhaltens im elektrischen Steuererungsmode das Notbedien­ element 8 betätigt und damit ein Steuerungssignal erzeugt, das mit dem durch die Flugsteuerungs-Rechner 5 und der Getriebe-/Elektro­ motoreneinheit 4.1 erzeugten Steuerungssignal nicht übereinstimmt, wird dem von dem Piloten mechanisch erzeugten Notsteuerungssignal eine höhere Priorität eingeräumt, das dann zur Ausführung gelangt.

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 Notbe­ dienelement 8 mit einer Ausrasteinrichtung 8.1 versehen (symboli­ siert durch ausrastbare Kugeln mit Federvorspannung und zwei Hand­ rädern), die auf zwei getrennte Seilstränge 9 wirken. Auf diese Weise ist der Pilot in der Lage, bei einem klemmenden Steuersig­ nalseilstrang 9 zumindest durch einen Eingriff am zweiten Steuer­ rad (oder Hebelelement) des Notbedienelements 8 im Niederge­ schwindigkeitsflug noch ein gewolltes Höhenrudersignal auszulösen.

Um zu verhindern, daß im Hochgeschwindigkeitsflug zwischen dem linken und dem rechten Höhenruder, auch im Fehlerfall, kein asy­ metrischer Steuerausschlag auftritt, werden von den Kontroll­ modulen 4 identische Steuersignale in ihre Steuerstränge 3 und 9 eingespeist. Zudem sind die rechts- und linksseitigen Signalge­ stänge 3 mechanisch durch die Synchronisationseinheit 10 mitein­ ander gekoppelt. Desweiteren sorgt das Notbedienelement 8 zusam­ men mit den mechanischen Notsteuer-Seilsträngen 9 für eine Signal­ synchronität zwischen dem rechten und dem linken Höhenruderaus­ schlag.

Damit wird deutlich, daß die mechanische Synchronisationseinheit 10, die nur im Hochgeschwindigkeitsflug eingeschaltet ist, auch im Versagensfall der elektrischen Systeme eine mechanisch syn­ chronisierte Höhenrudersteuerung ermöglicht.

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 Elektromotore kann zwei oder mehr betragen. Für den Fall, daß aus Gewichts- und Systemvereinfachungsgründen nur zwei Elektromotoren je Kontroll­ modul 4 zum Einsatz kommen, und in Anbetracht der Eintrittswahr­ scheinlichkeit eines Ausfalls beider Elektromotoren EM in einem Kontrollmodul 4, kommt der beschriebenen mechanischen Synchroni­ sation und Notsteuerbarkeit der Höhenruder eine besonders vorteil­ hafte Bedeutung zu. Die elektrisch signalisierte Höhenrudersteuer­ ung ist auch dann möglich, wenn einer der Kontrollmodule 4 ausge­ fallen ist. In diesem Fall werden die elektrisch erzeugten Steuer­ signalwege des anderen, noch intakten Kontrollmoduls 4 sowohl über die Seilstränge 9, als auch (nur im Hochgeschwindigkeitsflug) über ein Koppelgestänge mit der Synchronisationseinheit 10 zwischen rechten und linkem Signalgestänge 3 auf beide Höhenruder geleitet.

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.

Wie zuvor erläutert, wird im Hochgeschwindigkeitsflug zwischen dem linken und dem rechten Höhenruder, auch im Fehlerfall, ein asymetrischer Steuerausschlag verhindert, da von den Kontrollmodu­ len 4 identische Steuersignale in ihre Steuergestänge 3 und 9 ein­ gespeist werden. Zudem sind die rechts- und linksseitigen Signal­ gestänge 3 mechanisch durch die Synchronisationseinheit 10 mitein­ ander gekoppelt und zusätzlich (wesentlich für den Niedergeschwin­ digkeitsflug) durch Zentrierfedern 12 insbesondere im Fall eines Gestängebruches in der Nullstellung zentriert. Desweiteren sorgt das Notbedienelement 8 für die Höhenrudersteuerung und zusammen mit den mechanischen Notsteuer-Seilsträngen 9 für Synchronismus zwischen dem rechten und dem linken Höhenruderausschlag.

Damit wird deutlich, daß die mechanische Synchronisationseinheit 10, die nur im Hochgeschwindigkeitsflug eingeschaltet ist, auch bei einem Versagen der elektrischen Systeme eine mechanisch synchronisierte Höhenrudersteuerung ermöglicht.

Im Niedergeschwindigkeitsflug, bei dem die mechanische Synchroni­ sations- (und Kupplungs) Einheit 10 geöffnet ist, könnte ein ein­ facher mechanischer Fehler (z. B. Bruch in der Signalübertragung zwischen dem Ausgang eines Kontrollmoduls 4 und dem Steuergestän­ ge 3) zu einem beliebig fehlerhaften Ausschlag des Höhenruders 1 und zwar der fehlerhaften Seite führen. Mit den eingebauten Zen­ trierfedern 12 wird dies verhindert, so daß bei einem Fehler die­ ser Art das betroffene Höhenruder 1 in der Nullstellung (d. h. Mit­ telstellung) durch ein entsprechendes Nullsignal der hydraulischen Stellsysteme zentriert wird.

Claims (1)

1. Höhenrudersteuerungssystem in fly-by-wire-Ausführung, bestehend aus Pilotensteuerungsorganen (6), einem automatischen Flugführungssystem, (7) (Autopilot), elektro-hydraulischen Höhenruderstellsystemen, einem rechts- und einem linksseitigen Höhenruder (1) sowie einer mechanischen Höhenruderhilfssteuerung, deren Höhenruder-Ausschlagssignale über Seilstränge (9) übertrag­ bar sind, wobei im elektrisch gesteuerten Flugführungsbetrieb die Höhenrudersteuerungssignale von den Pilotensteuerungsorganen (6) und dem automatischen Flugführungssystem (7) Flugsteuerungsrech­ nern (5) zugeführt und von diesen synchron und simultan auf zwei parallel arbeitende Kontrollmodule (4) übertragen und von diesen über ein mit einer Synchronisationseinheit (10) versehenes Höhen­ rudersteurerungsgestänge (3) zu hydraulischen Höhenruderstellein­ richtungen (2) und den Höhenrudern (1) weitergeleitet werden, wo­ bei die Kontrollmodule (4) jeweils aus einer Getriebe-/Elektro­ motoreinheit (4.1) mit einem Getriebe und von den Flugsteuerungs­ rechnern (5) angesteuerten Elektromotoren (EM) sowie einer Über­ steuerungseinrichtung (4.2) bestehen, welche über die Seilstränge (9) mit einem Notbedienelement (8) der Höhenruderhilfsstellung verbunden is nd die während des elektrischen Flugführungsbetrie­ bes eine höhere Ausführungspriorität besitzt und die elektrischen Höhenrudersteuersignale von den Kontrollmodulen (4) zum Notbedien­ element (8) synchron und proportional überträgt und wobei eine Ausrasteinrichtung (8.1) am Notbedienelement (8) vorgesehen ist, um einen oder mehrere verklemmte Seilstränge (9) freizugeben und Sig­ nalrückführeinrichtungen den Flugsteuerungsrechnern (5) für die Hohenruderpositionen zugeordnet sind, um ein nicht arbeitendes oder asynchron arbeitendes Kontrollmodul (4) von den Flugsteuerungs­ rechnern (5) ab- bzw. umzuschalten, nach Patent 36 32 068, dadurch gekennzeichnet, daß das Höhenrudersteuergestänge (3) über Zen­ trierfäden (12) verfügt, welche bei einem Gestängebruch ein unkon­ trolliertes Ausschlagen der Höhenruder (1) im Niedergeschwindig­ keitsbereich verhindern.