DE3786731T2

DE3786731T2 - Kollektivsteuersystem fuer hubschrauber.

Info

Publication number: DE3786731T2
Application number: DE87630165T
Authority: DE
Inventors: Don Luis Adams; Lorren Stiles; Stuart Cammett Wright
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1986-09-18
Filing date: 1987-09-01
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2007-09-02
Also published as: EP0261056A3; EP0261056B1; DE261056T1; JPS6382898A; EP0261056A2; DE3786731D1; US4696445A; JP2585293B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Hubschraubersteuersysteme und insbesondere auf solche, bei denen ein Seitenarmmehrachsensteuerknüppel benutzt wird.

Stand der Technik

Traditionelle Hubschraubersteuersystme haben einen Steuerknüppel zur Nick- und Rollsteuerung, Pedale zur Giersteuerung und einen Knüppel zur kollektiven Blattverstellung zur Auftriebssteuerung. Die ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehende US-A-4 420 808 (Diamond, et al, 1983) beschreibt eine Einzelseitenarmsteuervorrichtung (Steuerknüppel), die Steuersignale jeweils in der Nick-, Roll-, Gier- und Blattverstellung/Auftrieb-Achse eines Hubschraubersteuersystems liefert. Der Knüppel ist im wesentlichen ein "Kraft"-Knüppel, weil es eine begrenzte Verschiebung des Knüppels in jeder Achse gibt. Es gibt daher sehr geringe taktile Rückkopplung von dem Knüppel zu dem Piloten über die Stärke eines Manövers.
Untersuchungen haben gezeigt, daß bei Aufgaben mit hoher vertikaler Arbeitsbelastung, wie zum Beispiel bei NOE (napof-the-earth)-Flugoperationen der Pilot das Ausmaß seiner kollektiven Eingabe nicht genau wahrnehmen kann, ohne seine Aufmerksamkeit einer Cockpitanzeige (Drehmoment- oder Blattverstellpositionsanzeigevorrichtungen) zuzuwenden. Hinweise aufgrund der Wahrnehmung von körpereigenen Reizen sind für Gier- und zyklische Manöver ausreichend, da die Beweglichkeit des Flugzeuges nahezu augenblicklich ist (es wird wenig Energie verlangt). Das Auftriebsansprechen des Flugzeuges (z-Achse) verlangt jedoch eine beträchtliche Änderung im Energiezustand und ist durch eine lange Zeitkonstante gekennzeichnet.

Darstellung der Erfindung

Es ist deshalb ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Kollektivsteuersystem für einen Hubschrauber zu schaffen, das die Seitenarmsteuervorrichtung aufweist.
Gemäß der Erfindung wird eine Vier-Achsen-Seitenarmsteuervorrichtung in einem Hubschrauber zum Steuern der Bewegung jeweils in der Roll-, Nick-, Gier- und Auftriebsachse benutzt. Darüber hinaus ist das Steuersystem mit einem separaten Verschiebungssteuerknüppel zur kollektiven Blattverstellung versehen. Letzterer versorgt den Piloten mit ausreichenden Hinweisen aufgrund der Wahrnehmung von körpereigenen Reizen, um das Urteil des Piloten zu unterstützen, wenn er NOE-Einsätze fliegt. Die Kollektivbefehle von dem Seitenarmknüppel und dem Verschiebungsknüppel werden ein- und ausgeblendet, um eine Umschaltung von einer Kollektivsteuerung zur anderen zu bewirken. Beide werden nicht gleichzeitig benutzt. Weiter, wenn der Seitenarmknüppel aktiv ist, steuert er nicht nur die kollektive Blattverstellung der Rotorblätter, sondern gibt auch ein Signal an einen Trimmstellantrieb (Trimmnachlaufpositioniereinrichtung) ab, der den Verschiebungsknüppel positioniert (eine Knüppeltrimmposition einstellt), um so dem Piloten eine Anzeige über die kollektive Verstellung der Rotorblätter zu geben. Mit anderen Worten, der Pilot kann mit dem Seitenarmknüppel fliegen, während er den Verschiebungsknüppel lose ergreift, so daß er einen taktilen Hinweis auf die kollektive Verstellung der Blätter hat. Für den Fall, daß der Pilot sich entscheidet, den Verschiebungsknüppel zur kollektiven Blattverstellung zu benutzen, triggert er seinen Eingriff entweder durch Aktivierung eines Schalters an dem Handgriff des Verschiebungsknüppels oder einfach durch Bewegen des Verschiebungssteuerknüppels entgegen seiner Trimmposition. In jedem Fall wird der Trimmstellantrieb an diesem Punkt ausgerückt, was eine freie Bewegung des Verschiebungsknüppels durch den Piloten gestattet. Loslassen des Schalters und/oder freihändiger Betrieb werden bewirken, daß die Steuerung der kollektiven Blattverstellung wieder auf den Seitenarmknüppel übergeht und daß der Trimmstellantrieb des Verschiebungsknüppels wieder eingerückt wird.
Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Lichte der folgenden Beschreibung derselben deutlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die einzige Figur zeigt hier ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuersystems zur kollektiven Blattverstellung eines Hubschraubers.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Die Figur zeigt ein kollektives Steuersystem für einen Hubschrauber. Eine Mehrachsenseitenarmsteuervorrichtung 10, wie sie aus dem oben erwähnten Diamond-Patent bekannt ist, gibt ein Signal auf einer Leitung 12 an eine Signalformungs- und -verarbeitungsschaltung 14 ab. Das Signal auf der Leitung 12 ist proportional zu der vertikalen Kraft, die durch den Piloten auf den Mehrachsensteuerknüppel 10 ausgeübt wird, und die Schaltung 14 wandelt das kraftproportionale Signal auf der Leitung 12 in ein positionsproportionales Signal auf einer Leitung 16 um, das zu der durch den Piloten befohlenen kollektiven Rotorblattverstellung proportional ist. (Signale in den Roll-, Nick- und Gierkanälen des Hubschraubers, die durch den Mehrachsensteuerknüppel 10 geliefert werden, werden hier nicht erläutert.)
Das Signal auf der Leitung 16 wird an eine Ein/Ausblendschaltung 18 angelegt, die für den Augenblick als voll eingeblendet (das heißt "transparent") angesehen wird, und von da aus an einen Summierpunkt 20 angelegt. Das Ausgangssignal des Summierpunktes 20 ist ein kollektives Positionsbefehlssignal auf einer Leitung 22, das an Taumelscheibenstellantriebstreiber 24 angelegt wird, bei denen es sich um elektrohydraulische Vorrichtungen handeln kann, welche Taumelscheibenstellantriebe 26 im Verhältnis zu dem kollektiven Positionsbefehlssignal hydraulisch steuern, so daß die Taumelscheibenstellantriebe 26 schließlich die kollektive Verstellung der Blätter des Hubschrauberrotors 28 bestimmen. Mit Ausnahme der Ein-/Ausblendschaltung 18 und des Summierpunktes 20 ist die Beschreibung bis hierher einfach für die Seitenarmsteuervorrichtung des oben erwähnten Diamond-Patents exemplarisch.
Ein kollektiver Steuerknüppel 30 der Verschiebungsbauart ist in dem kollektiven Steuersystem nach der Erfindung vorgesehen. Theoretisch ist der kollektive Steuerknüppel 30 der Verschiebungsbauart mit dem traditionellen kollektiven Steuerknüppel identisch, der sich in vielen Hubschraubern findet; in der Praxis kann es eine herabgestufte Version desjenigen Knüppels sein, der an der zu dem Mehrachsensteuerknüppel 30 entgegengesetzten Armlehne montiert ist. In jedem Fall ist der Verschiebungssteuerknüppel 30 um einen Punkt 32 in bezug auf die Flugzeugzelle 34 schwenkbar, und ein Winkelpositionsmeßgeber in Form eines Potentiometers 36 liefert ein Verschiebungsknüppelpositionssignal auf einer Leitung 38, das die Position des kollektiven Steuerknüppels 30 der Verschiebungsbauart angibt. Das Signal auf der Leitung 38 wird an eine Ein-/Ausblendschaltung 40 angelegt, die für den Augenblick als vollständig ausgeblendet (das heißt als ein offener Stromkreis) betrachtet werden sollte. Das Signal auf der Leitung 38 wird außerdem an eine Übersteuerungsbewegungsdetektorschaltung in Form eines Komparators 42 angelegt, der ebenfalls auf das kollektive Positionsbefehlssignal auf der Leitung 22 anspricht, um ein Signal (logisch EINS) auf einer Leitung 44 an eine ODER- Schaltung 46 abzugeben. Die Übersteuerungsbewegungsdetektorschaltung 42 liefert, wie im folgenden deutlich werden wird, das Signal auf der Leitung 44, wenn der Pilot den kollektiven Verschiebungssteuerknüppel 30 entgegen seiner Trimmposition bewegt. Das wird anzeigen, daß der Pilot die Steuerung von dem Mehrachsensteuerknüppel 10 auf den Verschiebungssteuerknüppel 30 umschaltet. Alternativ kann diese Umschaltung der Steuerung durch ein einfaches Schalterschließen angezeigt werden, zum Beispiel durch das Schließen eines Schalters 48, der an dem Handgriff 50 des Verschiebungssteuerknüppels 30 angeordnet ist und ein Signal auf einer Leitung 52 an die ODER-Schaltung 46 abgibt. Es gibt also zwei Möglichkeiten, wie der Pilot eine Umschaltung der Steuerung von dem Mehrachsensteuerknüppel 10 auf den Verschiebungssteuerknüppel 30 einleiten kann, wobei beide Techniken dazu führen, daß die ODER-Schaltung 46 ein Signal auf einer Leitung 54 abgibt. Das Vorhandensein des Signals auf der Leitung 54 bewirkt, daß die Ein- /Ausblendschaltung 40 einblendet und gleichzeitig durch einen Inverter 56 invertiert wird, um die Ein- /Ausblendschaltung 18 zum Ausblenden zu veranlassen. Das gewährleistet einen gleichmäßigen Übergang bei der Umschaltung der Steuerung von dem Mehrachsensteuerknüppel 10 auf den Verschiebungssteuerknüppel 30 (das heißt, es wird keine transienten Vorgänge in dem kollektiven Positionsbefehlssignal auf der Leitung 22 geben). Umgekehrt, sollte der Pilot wünschen, das Kommando von dem kollektiven Verschiebungsknüppel 30 zurück auf den Mehrachsensteuerknüppel 10 zu übertragen, würde das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 46 auf null gehen und so das gleichzeitige Ausblenden der Ein- /Ausblendschaltung 40 und das entsprechende Einblenden der Ein-/Ausblendschaltung 18 bewirken.
Das kollektive Positionsbefehlssignal auf der Leitung 22 und die Verschiebungssignalposition auf der Leitung 38 werden einem Summierpunkt 60 zugeführt (mit der angegebenen Polarität), so daß das Ausgangssignal des Summierpunktes 60 ein kollektives Positionsfehlersignal auf einer Leitung 62 ist, das jegliche Diskrepanz zwischen der aktuellen Rotorblatt(befohlenen)-Verstellposition (wie durch die Größe des kollektiven Positionsbefehlssignals auf der Leitung 22 angegeben) und dem Ist-Verschiebungsknüppelpositionssignal, das auf der Leitung 38 kontinuierlich geliefert wird, angibt. Das kollektive Positionsfehlersignal auf der Leitung 62 wird einer geeigneten Motortreiberschaltung in Form eines Verstärkers 64 zugeführt, welcher eine lineare Positioniervorrichtung in Form eines Knüppeltrimmstellantriebs (Motors) 66 speist. Der Ausgang des Motors 66 ist über ein Gestänge 68 mit einer Kupplung 70 und von da aus über einen Dämpfer 72 und eine Feder 74 mit dem kollektiven Verschiebungssteuerknüppel 30 verbunden. Diese Art von Motor/Kupplung/Dämpfer/Feder-Anordnung ist für ein Trimmsystem in einem automatischen Flugsteuersystem typisch, das einen Steuerknüppel veranlaßt, einem Befehlssignal "zu folgen" (und so eine Knüppeltrimmposition festzulegen), während dem Piloten gestattet wird, den Steuerknüppel "entgegen der Trimmung" zu bewegen, indem er die Federkraft überwindet. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung wird, wenn der Pilot die kollektive Steuerung über den Verschiebungssteuerknüppel 30 eingeleitet hat, wie es oben erläutert worden ist, das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 46 auf der Leitung 54 an die Kupplung 70 angelegt, so daß der Pilot den Verschiebungssteuerknüppel 30 ohne Widerstand aus der Trimmvorrichtung 66, 70, 72, 74 manipulieren kann. Gleichzeitig wird das Signal auf der Leitung 54 an einen Motorleistungsschalter 76 angelegt, so daß die Stromversorgung des Verstärkers 64 zu dieser Zeit abgeschaltet ist.

Claims

1. Hubschrauberkollektivsteuersystem mit:

einem Summierpunkt (20) zum Abgeben eines Kollektivpositionsbefehlssignals an eine Vorrichtung zum Bestimmen der kollektiven Verstellung der Hubschrauberhauptrotorblätter;

einem Mehrachsenkraftsteuerknüppel (10), der betätigbar ist, um ein erstes Signal abzugeben, das eine gewünschte kollektive Blattverstellung angibt;

einem Verschiebungssteuerknüppel (30) und einem zugeordneten Positionsmeßgeber, der betätigbar ist, um ein zweites Signal zu liefern, das eine gewünschte kollektive Blattverstellung angibt;

einer ersten Einrichtung (18) zum abwechselnden Ein- oder Ausblenden des ersten Signals an dem Summierpunkt (20);

einer zweiten Einrichtung (40) zum abwechselnden Ein- oder Ausblenden des zweiten Signals an den Summierpunkt (20);

einer dritten Einrichtung zum gleichzeitigen Veranlassen, daß die erste Einrichtung (18) einblendet und die zweite Einrichtung (40) ausblendet, und zum abwechselnden gleichzeitigen Veranlassen, daß die erste Einrichtung (18) ausblendet und die zweite Einrichtung einblendet.

2. Hubschrauberkollektivsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die dritte Einrichtung eine Komparatoreinrichtung (42) ist, die auf das zweite Signal und auf das Befehlssignal zur kollektiven Blattverstellung anspricht.

3. Hubschrauberkollektivsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die dritte Einrichtung ein Schalter (48) ist.

4. Hubschrauberkollektivsteuersystem nach Anspruch 1, weiter mit:

einer Trimmeinrichtung (66, 70, 72), die mit dem Verschiebungssteuerknüppel (30) mechanisch verbunden ist, zum Positionieren des Verschiebungssteuerknüppels (30) aufgrund des Befehlssignals zur kollektiven Blattverstellung, wenn die erste Einrichtung (18) eingeblendet und die zweite Einrichtung (40) ausgeblendet hat.