DE60111303T2

DE60111303T2 - Flugzeug mit elektrischer Flugsteuerung, versehen mit einem Autopilotsystem

Info

Publication number: DE60111303T2
Application number: DE60111303T
Authority: DE
Inventors: François Kubica
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: US20020002428A1; EP1160157A1; EP1160157B1; FR2809372B1; FR2809372A1; US20040153220A1; ATE297345T1; US6694230B2; CA2349768C; DE60111303D1; CA2349768A1; US7463957B2; ES2243418T3; US7260455B2; US20050075761A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Flugzeuge mit elektrischer Flugsteuerung und ganz speziell den Aufbau des Flugsteuerungssystems für solche Luftfahrzeuge.
Es ist bekannt, dass ein Flugzeug mit elektrischer Flugsteuerung über Steuerorgane verfügt, wie z.B. Steuerknüppel, Mini-Steuerknüppel, Hebel, usw., die mit elektrischen Signalwandlern ausgestattet sind, so dass sie elektrische Steuerungsanweisungen erzeugen, die den Handgriffen gleichen, die ein Pilot auf sie ausübt. Es verfügt ebenfalls über einen Flugsteuerungsrechner, der anhand der genannten, von besagten Steuerorganen erzeugten elektrischen Steuerungsanweisungen und z.B. von Sensoren ausgehenden Steuerungsparametern elektrische Steuerbefehle ausarbeitet, die der besagte Flugsteuerungsrechner auf Stellantriebe anwendet, die für die Verstellung der Steuerflächen des Luftfahrzeugs zuständig sind.
Es ist im Übrigen üblich, dass ein solches Luftfahrzeug über ein Autopilotsystem verfügt, das in der Lage ist, unter bestimmten Umständen das besagte Luftfahrzeug anstelle des Piloten zu steuern. Gleichermaßen ist bekannt, dass sich ein Autopilotsystem grundsätzlich aus einem Navigationsrechner und einem Steuerungsrechner zusammensetzt. Der Navigationsrechner empfängt Lenkbefehle (die ihm vom Piloten erteilt werden) und Lenkparameter (die z.B. von Sensoren oder von einem Trägheitsnavigationsleitsystem an ihn gerichtet werden) und ausgehend von diesen Lenkbefehlen und -parametern arbeitet er Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung aus. Der Steuerungsrechner wiederum wandelt diese Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung in Autopilot-Steuerbefehle um, die er auf die besagten Stellantriebe der Steuerflächen des Luftfahrzeugs anwendet. Gemäß den bekannten Ausführungsarten des Autopilotsystems werden die besagten Autopilot-Steuerbefehle auf die besagten. Stellantriebe entweder direkt oder mittels des besagten Flugsteuerungsrechners angewendet. In diesem letzteren Fall wird man feststellen, dass der besagte Flugsteuerungsrechner die genannten Autopilot-Steuerbefehle vom Autopilotsystem bereits vollständig ausgearbeitet erhält und dass sich folglich seine Rolle auf eine einfache Übertragung der besagten Autopilot-Steuerbefehle ohne jedwede Veränderung beschränkt.
Egal welche dieser beiden Ausführungsarten sich an Bord des Luftfahrzeuges befindet, muss man jedoch anmerken, dass es bei einem solchen bekannten Aufbau notwendig ist, zwei Steuerungsfunktionen vorzusehen, also eine für den Flugsteuerungsrechner und die andere für das Autopilotsystem. Neben dem Umstand, dass dies bedeutende Kosten mit sich bringt, kann es sich ergeben, dass die besagten Steuerungsfunktionen aufgrund von Einschränkungen des Systems unterschiedlich sind, besonders hinsichtlich der Datenverarbeitungsleistung, Erfassung von Parametern, Überwachungen usw. Es ist daher notwendig, zwei Steuerungsfunktionen zu entwickeln und freizugeben. Außerdem erlaubt es eine solche Struktur nicht, die Zeitspannen zwischen den Trägheitsinformationen und den vom Autopilotsystem an die Steuerflächen gegebenen Steuerbefehle zu verringern.
Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand, diese Nachteile auszugleichen.
Das Flugzeug mit elektrischer Flugsteuerung, das mit Steuerflächen versehen ist, die von elektrisch gesteuerten Stellantrieben verlagert werden können, ist zu diesem Zweck ausgestattet mit:

– Steuerorganen und einem Flugsteuerungsrechner, wobei die besagten Steuerorgane von einem Piloten betätigt werden und elektrische Steuerungsanweisungen erzeugen, die an besagten Flugsteuerungsrechner gerichtet sind, wobei dieser Rechner anhand dieser besagten elektrischen Steuerungsanweisungen und Steuerungsparameter Steuerbefehle erzeugt, die an die besagten Stellantriebe zwecks Verlagerung der besagten Steuerflächen gerichtet sind; und
– einem Autopilotsystem, und ist dahingehend gekennzeichnet:
– dass das besagte Autopilotsystem ausschließlich eine Navigationsfunktion ausübt und nur aus Datenverarbeitungselementen besteht, die anhand von an ihn gerichteten Lenkbefehlen und Lenkparametern die Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung ausarbeiten;
– dass die besagten Datenverarbeitungselemente direkt mit dem Flugsteuerungsrechner verbunden sind, um die besagten Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung an diesen Letzteren zu richten; und
– dass der besagte Flugsteuerungsrechner anhand der genannten Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung die besagten Autopilot-Steuerbefehle ausarbeitet und diese letzteren Steuerbefehle an die besagten Stellantriebe richtet, damit sie infolgedessen die besagten Steuerflächen verlagern.

So wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Steuerungsrechner des besagten Autopilotsystems weggelassen und es ist somit der Flugsteuerungsrechner, der die Steuerungsfunktion des Autopiloten gewährleistet. Die Erfindung ermöglicht es daher, nur eine Steuerungsfunktion zu entwickeln und freizugeben, wobei diese Letztere in dem besagten Flugsteuerungsrechner eingebaut ist. Sie ermöglicht weiterhin die Verringerung der Verzögerungen zwischen den Trägheitsinformationen und den vom Autopilotsystem an die Steuerflächen erteilten Befehle. Übrigens bietet sie gleichzeitig die Möglichkeit der Vereinheitlichung der Reaktionen des Flugzeuges bei Handsteuerung und bei automatischer Steuerung.
Man wird bemerken, dass das Dokument US-A-5 197 697 ein elektrisches Flugsteuerungssystem mit der Möglichkeit des Übergangs zum Handbetrieb beschreibt. Dieses Dokument geht nicht auf die duale Struktur (Navigation und Steuerung) eines Autopilotsystems ein, welches ganz im Gegenteil als ein Ganzes angesehen wird, d.h., für dieses vorherige Dokument ist ein Autopilotsystem mit einem Navigationsrechner und einen Steuerungsrechner ausgestattet. Weiterhin sind darin Elemente vorgesehen, um die von den Steuerungsorganen ausgehenden elektrischen Steuerbefehle mit den Autopilot-Steuerbefehlen zu vergleichen, sowie Elemente zur Justierung dieser Letztgenannten gemäß der festgestellten Unterschiede. Diese Besonderheit bestätigt daher, dass die Vorrichtung dieses vorherigen Dokuments ein komplettes Autopilotsystem verkörpert, das gleichzeitig die Navigationsfunktion und die Steuerungsfunktion gewährleistet. Diese Vorrichtung entspricht daher dem Stand der Technik, der durch die nachfolgend beschriebene 1 dargestellt wird.
Darüber hinaus ist das im Dokument EP-A1-0573106 beschriebene System mit elektrischer Flugsteuerung mit einem Steuerungsrechner ausgestattet, der parallel zu einem Navigationsrechner und oberhalb der Flugsteuerungsrechner angebracht ist.
Vorzugsweise sind in dem Flugzeug gemäß der vorliegenden Erfindung zwecks höchstmöglicher Vereinfachung der Struktur des genannten Flugsteuerungsrechners die besagten, von den Steuerorganen ausgehenden elektrischen Steuerungsanweisungen und die von den besagten Datenverarbeitungselementen des Autopilotsystems ausgehenden. Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung beide von derselben Art. Zum Beispiel:

– die besagten Datenverarbeitungselemente des Autopilotsystems arbeiten anhand der besagten Lenkbefehle und der besagten Lenkparameter drei Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung aus, die jeweils einem gesteuerten vertikalen Lastfaktor, einer gesteuerten Rollgeschwindigkeit und einem gesteuerten Schiebeflug entsprechen; und
– die besagten Steuerorgane erzeugen drei elektrische, jeweils einheitliche Steuerungsanweisungen zu einem gesteuerten vertikalen Lastfaktor, einer gesteuerten Rollgeschwindigkeit und einem gesteuerten Schiebeflug.

Die Figuren der beigefügten Zeichnung machen sehr gut deutlich, wie die Erfindung umgesetzt werden kann. In diesen Figuren beschreiben identische Referenzen ähnliche Elemente.
Die 1 und 2 stellen zwei bekannte Aufbauarten für ein elektrisches Flugsystem eines Flugzeugs schematisch dar.
Die 3 stellt den Aufbau eines elektrischen Flugsystems gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dar.
Der bekannte Aufbau 1 für ein elektrisches Flugsystem für Flugzeuge (nicht dargestellt) umfasst hauptsächlich:

– Steuerorgane 2, welche Elemente 2A wie z.B. Mini-Steuerknüppel, Hebel, usw. enthalten, die dazu bestimmt sind, von einem Piloten (nicht dargestellt) bedient zu werden, und die mit Signalwandlern 2B verbunden sind, die elektrische Steuerungsanweisungen erzeugen, die die Verlagerung der besagten Elemente 2A darstellen;
– ein Flugsteuerungsrechner 3, der auf übliche Weise durch Verbindungen 4 die besagten, von den Steuerorganen 2 erzeugten elektrischen Steuerungsanweisungen und die durch Verbindungen 5 von Sensoren, anderen Rechnern usw. ausgehenden Steuerungsparameter empfängt und der anhand der besagten elektrischen Steuerungsanweisungen und der besagten Steuerungsparameter Befehle erzeugt;
– Stellantriebe 6, die die besagten Steuerbefehle über Verbindungen 7 erhalten und infolgedessen die Steuerflächen 8 des besagten Flugzeugs verlagern, zum Beispiel durch Rotation um die Achsen X-X;
– ein Autopilotsystem 9, das mit einem Navigationsrechner 9A und einem Steuerungsrechner 9B ausgestattet ist. Der Navigationsrechner 9A empfängt von einer Vorrichtung 10 Lenkbefehle, die von dem besagten Piloten verbreitet und über Verbindungen 11 an ihn übertragen werden. Er empfängt ebenfalls Lenkparameter, die durch Linien 12 von Sensoren, anderen Rechnern usw. an ihn gerichtet werden. Anhand der besagten Lenkbefehle und der besagten Lenkparameter arbeitet der Navigationsrechner 9A Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung aus, die er über Verbindungen 13 an den Steuerungsrechner 9B richtet. Der Steuerungsrechner 9B erzeugt anhand dieser Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung die Autopilot-Steuerbefehle, die er über die Verbindungen 14 an die Stellantriebe 6 richtet, um die besagten Steuerflächen 8 zu verlagern.

In der Ausführungsart 15, die ebenfalls bekannt ist und durch 2 dargestellt wird, findet man die Gesamtheit der bezüglich 1 beschriebenen Elemente 2 bis 13 wieder. Der einzige Unterschied zum Aufbau dieser letzten Figur besteht darin, dass die von dem Steuerungsrechner 9B ausgearbeiteten Autopilot-Steuerbefehle nicht direkt über die Verbindungen 14 an die Stellantriebe 6 gerichtet werden, sondern indirekt über den Flugsteuerungsrechner 3. In der Tat stellen die Verbindungen 16 den Anschluss zwischen den Ausgängen des Steuerungsrechners 9B und dem besagten Flugsteuerungsrechner 3 her. So erhält dieser Letztere vom Steuerungsrechner 9B die komplett ausgearbeiteten Autopilot-Steuerbefehle und überträgt sie über die Verbindungen 7 ohne jegliche Veränderung an die besagten Stellantriebe 6. Die Übertragung mittels des Flugsteuerungsrechners 3 ist passiv und entspricht jener, die von den Linien 14 der 1 ausgeführt wird.
Der Aufbau 17 ist gemäß der vorliegenden Erfindung und wie in 3 schematisch dargestellt, mit der Gesamtheit der hier unten beschriebenen Elemente 2 bis 8 und 10 bis 12 ausgestattet. Im Gegenzug wurden der Steuerungsrechner 9B und die zugehörigen Verbindungen 13, 14, 16 weggelassen.
Im Aufbau 17 werden die vom Navigationsrechner 9A ausgearbeiteten Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung direkt durch Verbindungen 18 an den Flugsteuerungsrechner 3 gerichtet. Anhand dieser Anweisungen zur automatischen Steuerung erarbeitet der besagte Flugsteuerungsrechner 3 auf analoge Weise zu dem, was für die von den Steuerungsorganen 2 ausgehenden elektrischen Steuerungsanweisungen gilt, Autopilot-Steuerbefehle, die er über die Verbindungen 7 an die Stellantriebe 6 richtet.
Ausgehend von Lenkbefehlen (Steuerkurs, Vertikalgeschwindigkeit, Höhe, usw.), die über die Vorrichtung 10 an ihn übertragen werden, berechnet der Navigationsrechner 9A drei Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung, also einen gesteuerten vertikalen Lastfaktor, eine gesteuerte Rollgeschwindigkeit und einen gesteuerten Schiebeflug. Diese letztgenannten Anweisungen werden durch die Verbindungen 16 an den Flugsteuerungsrechner 3 gerichtet, der die Steuerbefehle für den automatischen Lenkausschlag für die Steuerflächen 8 erarbeitet (Tiefenruder, Tragfläche, Querruder, Lenkruder, usw.).
Übrigens arbeiten die Steuerorgane 2 (Steuerknüppel, Hebel, usw.) einheitliche Steuerungsanweisungen aus, jeweils für einen gesteuerten vertikalen Lastfaktor, eine gesteuerte Rollgeschwindigkeit und einen gesteuerten Schiebeflug. Diese Steuerungsanweisungen werden ebenfalls an den besagten Flugsteuerungsrechner 3 gerichtet, der die Steuerbefehle für den Lenkausschlag für die besagten Steuerflächen 8 erarbeitet.

Claims

Flugzeug mit elektrischer Flugsteuerung, versehen mit Steuerflächen (8), die durch elektrisch gesteuerte Stellantriebe (6) verstellt werden können, wobei das Flugzeug umfasst: – Steuerorgane (2) und einen Flugsteuerungsrechner (3), wobei die Steuerorgane (2) durch einen Piloten betätigt werden und elektrische Steuerungsanweisungen erzeugen, die an den Flugsteuerungsrechner (3) gerichtet werden; dieser letztere Rechner erzeugt ausgehend von den elektrischen Steuerungsanweisungen und Steuerungsparametern an die Stellantriebe (6) zur Verstellung der Steuerflächen (8) gerichtete Steuerbefehle; und – ein Autopilotsystem, dadurch gekennzeichnet: – dass das besagte Autopilotsystem ausschließlich eine Navigationsfunktion ausübt und nur aus Datenverarbeitungselementen (9A) besteht, die anhand der an ihn gerichteten Lenkbefehle und Lenkparameter Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung ausarbeiten; – dass die Datenverarbeitungselemente (9A) direkt mit dem Flugsteuerungsrechner (3) verbunden sind, um an diesen die Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung zu richten; und – dass der Flugsteuerungsrechner (3) anhand der Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung die Autopilot-Steuerbefehle ausarbeitet und diese Steuerbefehle an die Stellantriebe (6) richtet, damit sie infolgedessen die Steuerflächen (8) verstellen.
Flugzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Steuerorganen (2) stammenden elektrischen Steuerungsanweisungen und die von den Datenverarbeitungselementen (9A) stammenden Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung beide von der gleichen Art sind.
Flugzeug gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet: – dass die Datenverarbeitungselemente (9A) des Autopilotsystems anhand der Lenkbefehle und der Lenkparameter drei Anweisungen zur automatischen Flugsteuerung ausarbeiten, die jeweils einem gesteuerten vertikalen Lastfaktor, einer gesteuerten Rollgeschwindigkeit und einem gesteuerten Schiebeflug entsprechen; und – dass die Steuerorgane (2) drei elektrische, jeweils einheitliche Steuerungsanweisungen für einen gesteuerten vertikalen Lastfaktor, eine gesteuerte Rollgeschwindigkeit und einen gesteuerten Schiebeflug erzeugen.