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BEREICH DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft aerodynamische oder hydrodynamische Steuersysteme
und Verfahren für ein
Flugzeug oder ein Wasserfahrzeug. Die Erfindung betrifft insbesondere
solche Steuersysteme und Verfahren, welche schwenkbare Hinterkantensteuerflächen einsetzen,
die schwenkbare Hilfsklappen bzw. Klappen umfassen, um Rudermomente
auf den Steuerflächen
zu verringern und/oder um die Effektivität der Steuerflächen zu
erhöhen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Solche
Hilfsklappen sind bei einigen Flugzeugen eingesetzt worden, um eine
Leistung bereitzustellen, um die Bewegung einer Steuerfläche zu unterstützen. Zum
Beispiel ist, wie es in dem US-Patent Nr. 3,363,862 dargestellt
ist, ein Höhenruder
offenbart, welches eine Steuerhilfsklappe aufweist, die schwenkbar
an dem hinteren Ende des Höhenruders angebracht
ist. Die Hilfsklappe ist mechanisch mit der Steuerung des Piloten
verbunden, so dass der Pilot die Hilfsklappe mechanisch bewegt.
Eine Auslenkung der Hilfsklappe führt zu aerodynamischen Kräften, welche
auf die Hilfsklappe ausgeübt
werden, und diese Kräfte
bewirken wiederum, dass das Höhenruder
in die entgegengesetzte Richtung geschwenkt wird, bis das Höhenruder
und das Hilfsklappensystem einen Gleichgewichtszustand erreichen.
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In
letzter Zeit sind Flugzeugsteuerflächen im Allgemeinen durch hydraulische
Vorrichtungen betätigt
worden. Bei einigen hydraulisch angetriebenen Steuersystemen sind
angelenkte Hilfsklappen eingesetzt worden, um die Rudermomente der
Hinterkantensteuerflächen
zu verringern. Bei einer angelenkten Hilfsklappenanordnung ist eine
Hilfsklappe schwenkbar mit der Hinterkantensteuerfläche verbunden
und die Hilfsklappe ist derart mechanisch mit einer Flugzeugstruktur
verbunden, dass eine Kippbewegung der Steuerfläche in eine Richtung eine Kippbewegung
der Hilfsklappe in der entgegengesetzten Richtung bewirkt. Das aerodyna mische
Moment um die Steuerflächengelenkachse
wird durch das Moment, welches durch die Kräfte auf die Hilfsklappe ausgeübt wird,
verringert. Ein Nachteil einer angelenkten Hilfsklappenanordnung
ist, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen
der Steuerfläche
und der Hilfsklappe fest liegt und somit nicht für alle Flugbedingungen optimiert
werden kann.
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Dieser
Nachteil wurde teilweise durch die Entwicklung einer "umkehrenden" angelenkten Hilfsklappe
für ein
Höhenruder
beseitigt, wie es in dem US-Patent Nr. 4,431,149, welches an Brislawn
und andere erteilt ist, beschrieben ist. Die umkehrende angelenkte
Hilfsklappe, wie sie in dem '149-Patent beschrieben
ist, sorgt für
eine Hilfsklappenauslenkung, welche umgekehrt proportional zu (d.h.
in der umgekehrten Richtung zu) der Höhenruderauslenkung für alle Höhenruderauslenkungen
ist, bei welchen die Hinterkante nach unten gerichtet ist (TED), und
für alle
Höhenruderauslenkungen
von Null bis ungefähr
13°, bei
welchen die Hinterkante nach oben gerichtet ist (TEU). Diese umgekehrt
proportionale Hilfsklappenauslenkung verringert die Rudermomente
des Höhenruders
und die Überempfindlichkeit
für Höhenruderauslenkungen,
welche bei einem Hochgeschwindigkeitsflug typisch sind. Bei einer
TEU-Höhenruderauslenkung
von 13° wechselt
das Hilfsklappenübersetzungsverhältnis jedoch
das Vorzeichen, so dass sich die Hilfsklappe in dieselbe Richtung
wie das Höhenruder
für Höhenruderauslenkungen,
welche größer als
13° sind,
zu bewegen beginnt, wodurch die Hilfsklappe zu einer stromlinienförmigen Stellung
bei der maximalen TEU-Höhenruderauslenkung
von 35° zurückkehrt.
Dies sorgt für
eine normale Effektivität
des Höhenruders
bei einer maximalen TEU-Höhenruderauslenkung
(d.h. keinen Hilfsklappenverlusten), wie es für einen Flug bei langsamer Geschwindigkeit
erforderlich ist.
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Während die
umkehrende angelenkte Hilfsklappe des '149-Patents eine Verbesserung gegenüber einer
nicht umkehrenden angelenkten Hilfsklappe ist, ist das festgelegte
Programm eines Übersetzungsverhältnisses,
welches durch das umkehrende angelenkte Hilfsklappensystem bereitgestellt
wird, nicht in der Lage, für
ein optimales Rudermoment der Hilfsklappe zu sorgen, welches über dem
gesamten Bereich der Betriebsbedingungen ausgleicht. Darüber hinaus
arbeitet die angelenkte Hilfsklappe des '149-Patents nicht als eine "steuernde Hilfsklappe", wobei, zum Beispiel
für eine
Startdrehung, die Hilfsklappenauslenkung in derselben Richtung liegt,
wie diejenige des Höhenruders
und diese überschreitet, um
so für
eine erhöhte
Steuerleistung des Höhenruders
zu sorgen.
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Die
US-A-4 479 620 offenbart ein Steuersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 7, wobei der vordere Drehpunkt des Gestänges manuell
nur auf einer Seite des neutralen Punktes einstellbar ist.
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Das
Flugzeug Boeing 737 der nächsten
Generation setzt eine umkehrende Hilfsklappe des Höhenruders
ein, welche sowohl als eine ausgleichende Hilfsklappe, um Rudermomente
bei einem Hochgeschwindigkeitsflugbetrieb zu verringern, als auch
als eine steuernde Hilfsklappe, um für eine erhöhte Steuerleistung des Höhenruders
für eine
Startdrehung zu sorgen, arbeitet. Die Übersetzungsverhältnisse
sowohl bei dem Ausgleichsmodus als auch bei dem Steuermodus liegen
fest. Wenn zu irgendeiner Zeit hydraulische Leistung verloren wird,
kehrt die Hilfsklappe automatisch in den Ausgleichsmodus zurück, um hydraulische
Leistungsanforderungen zu minimieren.
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Die
vorliegende Erfindung wurde zumindest teilweise entwickelt, um die
einzigartigen Erfordernisse zu adressieren, welche bei dem Nurflügelflugzeug (BWB)
von Boeing vorliegen, welches sich bei The Boeing Company in der
Entwicklung befindet. Das BWB-Flugzeug ist im Wesentlichen eine
große
fliegende Tragfläche.
Um für
eine Längsstabilität des Flugzeugs
zu sorgen, erfordert die Tragfläche
große Hinterkantensteuerflächen über der
gesamten Spannweite, und die Steuerflächen müssen in der Lage sein, mit
im Wesentlichen höheren
Geschwindigkeiten auszulenken, als denjenigen bei einem herkömmlicheren
Flugzeug. Dementspre chend bietet das BWB-Flugzeug einige technische
Herausforderungen bezüglich
einem Bereitstellenden von einer ausreichenden hydraulischen Leistung,
um die Steuerflächen
bei Hochgeschwindigkeitsflugbetrieben anzutreiben. Darüber hinaus
kann bei Niedriggeschwindigkeitsbetrieben, speziell beim Start,
eine erhöhte Längsneigungssteuerleistung über das
hinaus erforderlich sein, was die Steuerflächen des Höhenruders bereitstellen können. Eine
weitere Herausforderung ist, sicherzustellen, dass die Steuerflächen derart
angetrieben werden können,
wie es erforderlich ist, um einen minimal akzeptierbaren Umfang
einer Steuerleistung während
eines Ausfalls der hydraulischen Leistung, wie z.B. wenn alle Triebwerke
ausfallen, bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung versucht, eine
Lösung
für alle
diese Herausforderungen bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Den
vorab beschriebenen Anforderungen wird durch die vorliegende Erfindung
entsprochen und andere Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung
erzielt, welche ein Steuersystem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren
gemäß Anspruch
7 bereitstellt.
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Vorzugsweise
umfasst das Steuersystem eine Getriebesteuerung, welche betriebsfähig mit
der Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung
verbunden ist und betriebsbereit ist, um die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung
derart zu steuern, dass das Übersetzungsverhältnis als
eine Funktion eines Fahrzeugbetriebszustandes verändert wird.
Somit kann, zum Beispiel, das Übersetzungsverhältnis als
eine Funktion der Machzahl, einer Höhe und/oder anderer Parameter
des Flugzeugs verändert
werden. Auf diese Weise kann das Hilfsklappenübersetzungsverhältnis derart
eingestellt werden, dass eine aerodynamische Steuerleistung maximiert
wird, indem die Kombination einer Steuerfläche und Hilfsklappenauslenkungen
optimiert wird während
100 Prozent des verfügbaren
Rudermomentleistungsvermögens
der Betätigungsvorrichtung
eingesetzt wird. Wenn das Übersetzungs verhältnis eine
Funktion der Machzahl und der Höhe
(d.h. der Fluggeschwindigkeit) ist, ist die Neupositionierungsgeschwindigkeit
des Hilfsklappensteuergestänges
relativ niedrig und somit kann die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung
elektrisch sein, wenn es erwünscht
ist; alternativ kann die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung hydraulisch oder
pneumatisch sein.
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Als
ein anderes Merkmal, welches durch die Erfindung ermöglicht wird,
kann das Getriebe als Funktion davon ausgebildet werden, wie viel
Antriebsleistung verfügbar
ist. Wenn, zum Beispiel, eine Steuerfläche durch mehrere Betätigungsvorrichtungen
betätigt
wird, kann das Übersetzungsverhältnis durch
eine Funktion davon ausgebildet werden, wie viele der Betätigungsvorrichtungen
angemessen arbeiten, so dass, wenn eine oder mehrere der Betätigungsvorrichtungen
ausfallen, das Übersetzungsverhältnis derart
eingestellt werden kann, dass die Nettorudermomente der Steuerfläche reduziert
werden, um innerhalb der Leistungsfähigkeit der verbleibenden arbeitenden
Betätigungsvorrichtungen
zu bleiben. Die Getriebesteuerung kann einen integrierten Computer
umfassen, welcher mit einer geeigneten Logik programmiert sein kann,
um sich sowohl normalen Betrieben, wobei alle Systeme richtig arbeiten, wie
auch verschiedenen Störungsarten
anzupassen.
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Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, welche mit oder ohne den vorher erwähnten Komponenten,
die eine variable Übersetzungsverhältnismöglichkeit
bereitstellen, eingesetzt werden kann, umfasst ein Steuersystem eine
Hilfsklappe und ein Gestänge,
wie es vorab beschrieben ist, und umfasst darüber hinaus eine Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung,
welche mit dem Gestänge
oder mit der Hilfsklappe gekoppelt ist und betriebsbereit ist, um
die Hilfsklappe während
einer Störung
der Steuerflächenbetätigungsvorrichtung
schwenkend zu bewegen. Vorteilhafter Weise umfasst das System auch
eine Hilfsklappensteuerung, welche betriebsfähig mit der Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung
verbunden ist, wobei die Hilfsklappensteuerung betriebsbereit ist,
um ein Arbeiten der Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung beim Erfassen eines
Fehlers der Steuerflächenbetätigungsvorrichtung
zu aktivieren. Somit kann, wenn die Steuerflächenbetätigungsvorrichtung ausfällt, die Hilfsklappe
dennoch angetrieben werden, um so eine fortgesetzte Steuermöglichkeit
für das
Fahrzeug bereitzustellen.
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Wenn
ein variables Übersetzungsverhältnis erwünscht wird,
kann das Steuersystem sowohl die Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung
als auch die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung
kombinieren, wie es vorab beschrieben ist. Darüber hinaus kann die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung
funktionsfähig
sein, um das vordere Ende des Gestänges beim Erfassen eines Fehlers
der Steuerflächenbetätigungsvorrichtung
in der neutralen Position zu positionieren, so dass die Hilfsklappe,
wenn sie durch die Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung angetrieben
wird, als eine Steuerhilfsklappe agiert, um die Steuerfläche anzutreiben.
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Alternativ
kann das Steuersystem einen Mechanismus umfassen, um eine Schwenkbewegung der
Steuerfläche
beim Erfassen eines Fehlers der Steuerflächenbetätigungsvorrichtung zu verhindern. Dementsprechend
agiert, wenn nur die Hilfsklappe durch die Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung angetrieben
wird, die Hilfsklappe als eine Ministeuerfläche für das Fahrzeug.
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Aus
dem vorab stehenden wird verständlich, dass
die Erfindung ein Fahrzeugsteuersystem bereitstellt, welches eine
Verringerung der Rudermomente der Steuerfläche ermöglicht, wodurch eine entsprechende
Verringerung in Betätigungsvorrichtungsgrößen, hydraulischen
Flüssigkeitsmengen
und hydraulischen Leistungsanforderungen ermöglicht wird, was insbesondere
vorteilhaft sein kann, um Steueranforderungen bei einem Triebwerksausfall
zu erfüllen. Die
Möglichkeit,
hydraulische Leistungsanforderungen zu verringern, ermöglicht auch
eine umfassendere Möglichkeit,
Fahrzeugsteuersysteme zu entwerfen, wobei gewöhnlichere „serienmäßig angefertigte" Betätigungsvorrichtungen
verwendet werden, was eine stärkere
Verwendung von gemeinsamen Betätigungsvorrichtungstypen
für unter schiedliche
Steuerflächen
desselben Fahrzeugs einschließt.
Die Erfindung kann auch eine verbesserte Steuerleistungsfähigkeit
bei einer niedrigeren Geschwindigkeit für ein Fahrzeug ermöglichen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorab aufgeführten
und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus
der folgenden Beschreibung von bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
davon, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gesehen werden,
verständlicher,
wobei gilt:
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1 ist
eine seitliche Querschnittsansicht eines Steuersystems gemäß einer
bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
einschließlich
einer angelenkten Hilfsklappe mit variabler Übersetzung;
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2 ist
eine seitliche Querschnittsansicht eines Steuersystems gemäß einer
anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einer angelenkten
Hilfsklappe mit variabler Übersetzung;
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3 ist
eine seitliche Querschnittsansicht einer noch anderen Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Steuersystems
mit einer angelenkten Hilfsklappe mit variabler Übersetzung und einer Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung,
um die Hilfsklappe bei einem Ausfall von einem oder mehreren Steuerflächenbetätigungsvorrichtungen
anzutreiben;
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3A ist
eine Querschnittsansicht des Steuersystems der 3 von
oben, wobei die Betätigungsvorrichtung
zum Bereitstellen einer Steuerflächenauslenkung
dargestellt ist;
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4 ist
ein Blockdiagramm eines Steuersystems gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden vollständiger mit
Bezug auf die beigefügten Zeichnungen,
in welchen bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen dargestellt sind,
beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen
Formen verwirklicht werden und sollte nicht beschränkt auf
die hier dargelegten Ausführungsformen
ausgelegt werden; vielmehr sind diese Ausführungsformen vorhanden, so
dass diese Offenbarung genau und vollständig ist und den Umfang der
Erfindung dem Fachmann vollständig übermittelt.
Gleiche Zahlen bezeichnen durchweg gleiche Elemente.
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Mit
Bezug auf 1 wird eine erste bevorzugte
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Steuersystems
im Allgemeinen durch ein Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das
Steuersystem 10 umfasst eine Haupthinterkantensteuerfläche 12,
welche ein Höhenruder,
ein Seitenruder, ein Querruder, ein kombiniertes Höhen- und Querruder oder Ähnliches
umfassen kann. Die Steuerfläche 12 ist
an einer Verankerungsstruktur 14 angebracht, welche an
dem Fahrzeug angebracht ist, so dass die Steuerfläche 12 schwenkbar
relativ zu dem Fahrzeug um eine Drehachse 16 der Steuerfläche bewegbar
ist, welche im Allgemeinen in der Nähe eines vorderen Endes der Steuerfläche angeordnet
ist. Die Verankerungsstruktur 14 ist vorteilhafter Weise
an einem Holm 18 befestigt, welcher einen Teil der Struktur
des Fahrzeugs ausbildet. Die Drehachse 16 der Steuerfläche ist senkrecht
zu der Ebene der 1 ausgerichtet und erscheint
somit als ein einzelner Punkt. Dementsprechend kann die Steuerfläche 12 relativ
zu ihrer Stellung nach oben und nach unten schwenkend ausgelenkt
werden, wie es in 1 dargestellt ist.
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Eine
schwenkende Auslenkung der Steuerfläche 12 wird durch
eine oder mehrere Steuerflächenbetätigungsvorrichtungen 20,
welche zwischen der fixierten Struktur des Fahrzeugs und der Steuerfläche verbunden
sind, bewirkt. Bei der in 1 dargestellten
Ausführungsform
ist eine Betätigungsvorrichtung 20 schwenkbar
an einem Ende des Holms 18 verbunden und ist schwenkbar
an dem gegenüberliegenden
Ende an einem Holm 22 der Steuerfläche an einer Stelle verbunden,
welche mit einem Abstand unter der Drehachse 16 der Steuerfläche liegt. Somit
bewirkt ein Ausfahren der Betätigungsvorrichtung 20,
dass die Steuerfläche 12 nach
oben (entgegen dem Uhrzeigersinn in 1) geschwenkt
wird, und ein Rückziehen
der Betätigungsvorrichtung 20 bewirkt,
dass die Steuerfläche 12 nach
unten (im Uhrzeigersinn in 1) geschwenkt
wird.
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Eine
Hilfsklappe 24 ist schwenkbar an der Steuerfläche 12 in
der Nähe
eines hinteren Endes davon angebracht, so dass die Hilfsklappe 24 relativ zu
der Steuerfläche
um eine Drehachse 26 der Hilfsklappe, welche sich im Allgemeinen
parallel zu der Drehachse 16 der Steuerfläche erstreckt,
schwenkend bewegbar ist. Ein Hilfsklappensteuergestänge 28 ist
schwenkbar an seinem hinteren Ende an der Hilfsklappe 24 an
einer Stelle angebracht, welche mit einem Abstand unterhalb der
Drehachse 26 der Hilfsklappe liegt, und erstreckt sich
davon innen durch die Steuerfläche 12 zu
einem vorderen Ende des Gestänges 28,
welches in der Nähe
der Drehachse 16 der Steuerfläche angeordnet ist. Wie unten
weiter beschrieben wird, ist das vordere Ende des Gestänges 28 mit
einer Struktur gekoppelt, welche im Wesentlichen relativ zu dem
Fahrzeug fixiert bleibt, wenn die Steuerfläche 12 schwenkend
ausgelenkt wird. Dies bedeutet dementsprechend, dass, solange das
vordere Ende des Gestänges 28 mit
der Drehachse 16 der Steuerfläche ausgerichtet bleibt, die
Hilfsklappe 24 nicht relativ zu der Steuerfläche schwenkt,
wenn die Steuerfläche
schwenkend ausgelenkt wird. Diese ausgerichtete Stellung des vorderen
Endes des Gestänges 28 wird
hier als die "neutrale
Stellung" bezeichnet. Das
Steuersystem 10 umfasst Merkmale, welche erlauben, dass
das vordere Ende des Gestänges 28 in
der neutralen Stellung bzw. Position oder auf einer Seite oder der
anderen davon angeordnet wird, um ein effektives Übersetzungsverhältnis zwischen
der Hilfsklappe 24 und der Steuerfläche 12 zu verändern. Genauer
umfasst das System eine Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32,
welche im Allgemeinen an der Befestigungsstruktur 14 des Fahrzeugs
befestigt ist und ein Ende aufweist, welches mit dem vorderen Ende
des Gestänges 28 verbunden
ist. Die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 ist
derart ausgerichtet, dass sie entlang einer Richtung ausfährt oder
zurückzieht,
welche im Allgemeinen senkrecht zu einer Ebene liegt, die sowohl die
Drehachse 16 der Steuerfläche als auch das hintere Ende
des Gestänges 28 enthält. Somit
kann ein Ausfahren der Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 bewirken,
dass das vordere Ende des Gestänges 28 eine
Bahn durchläuft,
welche sich von einer unteren Position, welche sich mit einem Abstand
unterhalb der neutralen Position befindet, wie es in 1 in
durchgezogenen Linien dargestellt ist, durch die neutrale Position
und zu einer oberen Position, welche mit einem Abstand über der
neutralen Stellung liegt, wie es in 1 mit gestrichelten
Linie dargestellt ist, durchläuft.
Während
die Begriffe "oberhalb" und "unterhalb" mit Bezug auf die
Ausrichtung des Steuersystems 10, wie es in 1 dargestellt
ist, verwendet werden, in welcher die Steuerfläche 12 um eine horizontale
Achse geschwenkt wird, ist natürlich klar,
dass die Erfindung auf andere Typen von Steuerflächen anwendbar ist, welche
um Achsen schwenken, die anders als horizontal ausgerichtet sind,
wie z.B. Seitenruder, welche um vertikale Achsen schwenken.
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Wenn
das Gestänge 28 durch
die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 bewegt
wird, wobei es sich in der unteren Position, welche in 1 dargestellt
ist, befindet, bewirkt eine Drehung der Steuerfläche 12 um ihre Drehachse 16 entgegen
dem Uhrzeigersinn, dass die Hilfsklappe 24 um ihre Drehachse 26 relativ
zu der Steuerfläche
im Uhrzeigersinn schwenkt. Diese umgekehrte proportionale Auslenkung
der Hilfsklappe wird hier als ein "negatives Übersetzungsverhältnis" bezeichnet, da sich
die Hilfsklappe in einer entgegengesetzten Richtung zu derjenigen
der Steuerfläche
bewegt. Wenn die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 ausfährt, um
das Gestänge 28 zu
bewegen, wobei sich das vordere Ende des Gestänges 28 in der oberen
Position, welche in 1 dargestellt ist, befindet,
wird ein "positives Übersetzungsverhältnis" erzeugt, wobei die
Hilfsklappe 24 in derselben Richtung wie die Steuerfläche 12 schwenkt.
Das Übersetzungsverhältnis kann
als die Winkelauslenkung der Hilfsklappe relativ zu der Steuerfläche dividiert
durch die Winkelauslenkung der Steuerfläche relativ zu dem Fahrzeug
definiert werden. Somit tritt ein Übersetzungsverhältnis von
Null auf, wenn sich das vordere Ende des Gestänges 28 in der neutralen
Stellung befindet, da in diesem Fall die Hilfsklappe nicht relativ
zu der Steuerfläche
schwenkt.
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Vorzugsweise
kann das Übersetzungsverhältnis erfindungsgemäß zwischen
Null und einer vorbestimmten negativen Grenze verändert werden, indem
die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 betätigt wird,
um das vordere Ende des Gestänges
in oder mit verschiedenen Abständen
unterhalb der neutralen Position selektiv anzuordnen. Auf ähnliche Weise
kann das Übersetzungsverhältnis zwischen Null
und einer vorbestimmten positiven Grenze verändert werden, indem die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung
betätigt
wird, um das vordere Ende des Gestänges in oder mit verschiedenen
Abständen oberhalb
der neutralen Position selektiv anzuordnen. Die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 ist
vorteilhafter Weise in der Lage, um für kleine stufenweise Bewegungen
des Gestänges 28 zu
sorgen, um so eine im Wesentlichen stufenlose Einstellung des Übersetzungsverhältnisses
zwischen der oberen und der unteren Grenze zu ermöglichen.
Zum Beispiel ist eine hydraulische, elektrische oder pneumatische Betätigungsvorrichtung
geeignet, um das Gestänge einzustellen.
Ein manueller Hand betriebener Mechanismus könnte sogar bereitgestellt werden,
um das Gestänge
neu einzustellen.
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2 stellt
eine alternative Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Steuersystems 10' dar. Das Steuersystem 10' ist im Allgemeinen ähnlich zu demjenigen
der 1, wobei es sich primär in der Anordnung der Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 davon
unterscheidet. Daher ist die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 in
dem System 10' vor
dem Fahrzeugholm 18 angeordnet und mit einem Hebelarmgestänge 34 verbunden,
welches sich durch eine Öffnung
in dem Holm 18 erstreckt und schwenkbar mit dem vorderen
Ende des Hilfsklappensteuergestänges 28 verbunden
ist. Das Hebelarmgestänge 34 ist
um einen Drehpunkt schwenkbar, welcher vorzugsweise bei der Öffnung in
dem Holm 18 angeordnet ist, so dass ein Ausfahren der Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 bewirkt,
dass das Gestänge 28 in
die untere Position bewegt wird, wie es in durchgezogenen Linien
in 2 dargestellt ist, und ein Zurückziehen der Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 bewirkt,
dass das Gestänge
in die obere Position bewegt wird, wie es in gestrichelten Linien
dargestellt ist. Bei anderen Aspekten ist die Arbeitsweise des Systems 10' im Wesentlichen
identisch mit derjenigen des Systems 10 der 1.
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Bei
beiden Steuersystemen 10 oder 10' kann das Übersetzungsverhältnis als
eine Funktion eines Betriebszustandes des Fahrzeugs verändert werden. Somit
kann das Übersetzungsverhältnis, zum
Beispiel, als eine Funktion der Machzahl, Höhe und/oder anderer Parameter
eines Flugzeugs verändert
werden. Auf diese Weise kann das Übersetzungsverhältnis der
Hilfsklappe eingestellt werden, um eine aerodynamische Steuerleistung
zu maximieren, indem die Kombination der Steuerflächen- und
Hilfsklappenauslenkungen derart optimiert wird, dass 100 Prozent
der verfügbaren
Rudermomentleistungsfähigkeit
der Betätigungsvorrichtung
verwendet wird. Wenn das Übersetzungsverhältnis eine
Funktion der Machzahl und Höhe
(d.h. Fluggeschwindigkeit) ist, kann die Neueinstellungsgeschwindigkeit
des Hilfsklappensteuergestänges 28 relativ
niedrig sein und somit kann die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 elektrisch
sein, wenn es erwünscht
ist; alternativ kann die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung hydraulisch
oder pneumatisch sein.
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Als
ein anderes Merkmal, welches durch die Erfindung ermöglicht wird,
kann das Getriebe als eine Funktion davon ausgebildet werden, wie
viel Antriebsleistung verfügbar
ist. Wenn, zum Beispiel, die Steuerfläche 12 durch mehrere
Betätigungsvorrichtungen 20 angetrieben
wird, kann das Übersetzungsverhältnis als
eine Funktion davon ausgebildet werden, wie viele der Betätigungsvorrichtungen 20 angemessen
arbeiten, so dass, wenn eine oder mehrere der Betätigungsvorrichtungen
ausfallen, das Übersetzungsverhältnis derart
eingestellt werden kann, dass Rudermomente innerhalb der Leistungsfähigkeit
der verbleibenden arbeitenden Betätigungsvorrichtungen gehalten
werden. Eine ähnliche
Einstellung beim Übersetzungsverhältnis kann
für den
Fall vorgenommen werden, dass der hydraulische Druck unter einen
gegebenen Schwellenwert abfällt.
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Die
Erfindung stellt auch ein Steuersystem bereit, welches ein Hilfsklappenersatzbetätigungssystem
aufweist, das eine fortgesetzte Steuermöglichkeit für den Fall eines Ausfalls des
primären
Steuerflächenbetätigungssystems
ermöglicht.
Mit Bezug auf 3 und 3A wird
ein Steuersystem 110 dargestellt, welches eine Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung 112 aufweist,
welche zwischen der Fahrzeugbefestigungsstruktur 14 und
der Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 verbunden
ist. Die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 ist
um ihr Ende, welches gegenüber
dem Ende liegt, das mit dem Gestänge 28 verbunden
ist, schwenkbar und ist im Allgemeinen vertikal und direkt unterhalb
der Drehachse 16 der Steuerfläche ausgerichtet. Die Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung 112 ist
betriebsbereit, um die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 nach
vorn oder nach hinten um ihr unteres Ende zu schwenken, wodurch
das Gestänge 28 im
Allgemeinen nach vorn oder nach hinten bewegt wird, was wiederum
bewirkt, dass die Hilfsklappe im Uhrzeigersinn oder entgegen dem
Uhrzeigersinn in 3 ausgelenkt wird. Es sei angemerkt,
dass sich die primäre
Steuerflächenbetätigungs vorrichtung 20, wie
sie in 3A dargestellt ist, quer erstreckt
und mit einer Ecke eines Steuerhebels 114 verbunden ist, welcher
um einen Drehpunkt 116 schwenkt, der an einer zweiten Ecke
des Steuerhebels angeordnet ist und seine dritte Ecke, welche mit
der Steuerfläche 12 verbunden
ist, aufweist. Es ist natürlich
klar, dass die Steuerfläche 12 mehr
als eine Betätigungsvorrichtung 20 aufweisen
kann, welche die Bewegungskraft für ihre Bewegung zuführt.
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Mit
Bezug auf 4, welche ein Blockdiagramm
des Steuersystems darstellt, ist die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 funktionsfähig mit einer
Getriebesteuerung 118 verbunden, welche den Betrieb der
Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 steuert,
um so das Übersetzungsverhältnis der
Hilfsklappe gemäß vorbestimmter
Beziehungen zwischen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs und einem Übersetzungsverhältnis einzustellen.
Zum Beispiel kann für
ein Flugzeugsteuersystem die Getriebesteuerung 118 derart
angeordnet sein, dass sie eine Information über Flugbedingungen, wie z.B.
die Machzahl und Höhe,
von einem Luftdatenrechner (ADC) 120 an Bord des Flugzeugs
empfängt.
Die Getriebesteuerung 118 kann diese Informationen einsetzen,
um ein geeignetes Hilfsklappenübersetzungsverhältnis zu bestimmen
und die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 anweisen,
das Hilfsklappensteuergestänge 28 geeignet
einzustellen.
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Die
Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung 112 wird
durch eine Hilfsklappensteuerung 122 gesteuert, und das
Steuerflächenbetätigungssystem 20 wird
durch eine Hauptsteuerung 124 gesteuert. Es ist für den Fachmann
verständlich,
dass irgendwelche zwei oder alle von der Getriebesteuerung 118, Hilfsklappensteuerung 122 und
der Hauptsteuerung 124 in einem einzigen Anlagenteil kombiniert
sein können,
wie es durch den gestrichelten Kasten, welcher diese Steuerungen
in 4 einschließt,
angedeutet ist, und dass diese Steuerungen miteinander kommunizieren
können,
wenn es erwünscht
ist.
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Beim
Erfassen eines Ausfalls des Steuerflächenbetätigungssystems 20,
welcher zum Beispiel durch die Hauptsteuerung 124 oder
einen Sensor, der dieser zugeordnet ist, erfasst wird, kann die Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung 112 derart aktiviert
werden, dass die Hilfsklappe 24 fortgesetzt abhängig von
Signalen, welche durch die Steuerung des Piloten erzeugt werden,
angetrieben wird. Ein Ausfall des Steuerflächenbetätigungssystems 20 kann
durch eine Anzahl von Vorgängen,
einschließlich
eines Triebwerkausfalls, verursacht werden. Der Ausfall kann, zum
Beispiel, erfasst werden, indem ein hydraulischer Flüssigkeitsdruck
erfasst wird und erfasst wird, wenn der Druck unter einen vorbestimmten
Schwellenwert fällt.
Erfindungsgemäß kann die Hilfsklappe 24 bei
einem solchen Vorfall in einer von zwei Weisen arbeiten. Bei einer
ersten Ausführungsform
ist es der Steuerfläche 12,
wenn ein Fehler bei der/den Steuerflächenbetätigungsvorrichtung(en) 20 auftritt,
möglich,
frei zu schwenken, und die Auslenkung der Hilfsklappe 24 durch
die Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung 112 bewirkt,
dass die Steuerfläche 12 in
einer entgegengesetzten Richtung ausgelenkt wird. Die Hilfsklappe 24 arbeitet
somit als eine Steuerhilfsklappe, um die Bewegungskraft bereitzustellen,
um die Steuerfläche 12 zu
bewegen. Es ist für
die Getriebesteuerung 118 vorteilhaft, die Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 anzuweisen,
dass vordere Ende des Gestänges 28 in
oder zumindest in der Nähe
der neutralen Position beim Erfassen eines Ausfalls der Steuerflächenbetätigungsvorrichtung 20 zu
positionieren. Wenn die Steuerflächenbetätigungsvorrichtung 20 eine
hydraulische Betätigungsvorrichtung
ist, ist es für
den hydraulischen Flüssigkeitspfad
durch die Betätigungsvorrichtung 20 auch
vorteilhaft, in dem Fehlermodus umgangen zu werden, so dass die
Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung 112 nicht
den hydrodynamischen Widerstand überwinden
muss, welcher sich ergeben würde,
wenn die hydraulische Flüssigkeit
weiter durch die Betätigungsvorrichtung 20 zirkulieren
würde,
wenn die Steuerfläche 12 Auslenkungen
unterzogen wird. Zu diesem Zweck kann ein aktivierbares Umgehungsventil
(nicht dargestellt) parallel zu der Steuerflächenbetätigungsvorrichtung 20 vorhanden
sein und kann während
des Fehlerbetriebsmodus aktiviert werden, um die Flüssigkeit
um die Betätigungsvorrichtung 20 herum
zu führen.
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Gemäß einer
alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform
arbeitet die Hilfsklappe 24 als eine Ministeuerfläche für das Fahrzeug.
Zu diesem Zweck wird beim Erfassen eines Ausfalls bei dem Steuerflächenbetätigungssystem 20,
wie es oben beschrieben ist, ein Verriegelungsmechanismus 126, zum
Beispiel durch die Hauptsteuerung 124 aktiviert, um eine
schwenkende Auslenkung der Steuerfläche 12 zu verhindern.
Wenn es erwünscht
wird, kann die Steuerfläche 12 in
eine vorbestimmte Stellung eingestellt werden, wie z.B. stromlinienförmig mit
der Tragfläche
oder einer anderen Fahrzeugstruktur, an welcher sie angebracht ist,
bevor sie verriegelt wird. Irgendein geeigneter Verriegelungsmechanismus kann
verwendet werden. Zum Beispiel können
aktivierbare Rückschlagventile
in Verbindung mit der Steuerflächenbetätigungsvorrichtung 20 verwendet werden,
um so die Betätigungsvorrichtung 20 bei
einer fixierten Länge
zu verriegeln, indem ein hydraulischer Flüssigkeitsstrom in oder aus
der Betätigungsvorrichtung 20 verhindert
wird. Die Erfindung ist nicht auf irgendeinen besonderen Typ eines
Verriegelungsmechanismus beschränkt
und der Fachmann erkennt, dass verschiedene bekannte Verriegelungsmechanismen
für die
vorliegenden Zwecke eingerichtet werden können. Wenn die Steuerfläche 12 einmal
verriegelt ist, betreibt die Hilfsklappensteuerung 122 die
Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung 112,
um die Hilfsklappe 24 abhängig von Signalen von der Steuerung
des Piloten schwenkbar auszulenken. Die Hilfsklappe 24 arbeitet
somit als eine Ministeuerfläche.
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Viele
Veränderungen
und andere erfindungsgemäße Ausführungsformen
fallen dem Fachmann im Bezug auf diese Erfindung ein, welche den Nutzen
der Lehren, die in den vorangegangenen Beschreibungen und den zugeordneten
Zeichnungen präsentiert
sind, aufweisen. Zum Beispiel können verschiedene
Typen von Gestängeanordnungen
verwendet werden, um die Hilfsklappe 24 mit der befestigten
Fahrzeugstruktur zu verbinden, so dass eine Auslenkung der Steuerfläche 12 be wirkt,
dass die Hilfsklappe 24 ausgelenkt wird. Die dargestellte
und beschriebene Schubstange 28 ist nur ein Beispiel einer
solchen Gestängeanordnung.
Obwohl die Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung 112 als über die
Getriebesteuerbetätigungsvorrichtung 32 und
das Gestänge 28 verbunden
mit der Hilfsklappe 24 dargestellt ist, könnte darüber hinaus
die Ersatzhilfsklappenbetätigungsvorrichtung
alternativ mit dem Gestänge 28 oder
direkt mit der Hilfsklappe 24 verbunden sein. Das bedeutet
damit, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen
beschränkt
ist und dass Modifikationen und andere Ausführungsformen in dem Umfang
der angehängten
Ansprüche
enthalten sein sollen. Obwohl spezielle Begriffe verwendet werden,
sind sie nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinn und nicht
zum Zwecke einer Beschränkung
verwendet worden.