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Die
vorliegende Erfindung betrifft Steuerflächensteuerungen für ein Flugzeug
und insbesondere ein aktives Dämpfungsverfahren
zur Flugsteuerung und einen variablen Widerstandsdämpfer, was
eine Befugnis eines Piloten über
das Steuersystem verringert, wenn sich die Frequenz der Steuereingabe
des Piloten erhöht.
Der variable Widerstandsdämpfer
der vorliegenden Erfindung kann in einem Flugsteuersystem zwischen
anderen Flugkörperteilen
installiert werden.
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Bei
einem Flugzeug machen es die Amplituden der aerodynamischen Kräfte aufgrund
der Geschwindigkeit und der Spannweite des Flugzeugs unmöglich, die
Steuerflächen
direkt zu betreiben. Tatsächlich
werden die notwendigen Kräfte
durch hydraulische Stellbetätigungsvorrichtungen
erzeugt, welche unumkehrbar die Übertragung
von aerodynamischen Rückwirkungen
auf Steuerungen des Piloten verhindern. Diese hydraulischen Stellbetätigungsvorrichtungen
weisen alle aufgrund von Beschränkungen
hinsichtlich einer Hydraulikversorgung, usw. Ratenbeschränkungen
auf. Um den Piloten mit den Rückwirkungskräften zu
versorgen, welche erforderlich sind, um das Flugzeug mit den hydraulischen
Stellbetätigungsvorrichtungen
korrekt zu fliegen, befindet sich ein künstlich herbeigeführtes "Fühl"-System in den Steuerverbindungen. Dieses "Gefühl" ist äußerst wichtig,
weil es für
eine fühlbare Rückwirkung
für den
Piloten sorgt. Bei Flugzeugsteuersystemen wird die sich drehende
oder lineare Blockierungsübersteuerungsvorrichtung
in Verbindung mit den hydraulischen Stellbetätigungsvorrichtungen oder Systemverbindungen
verwendet. Die sich drehende oder lineare Blockierungsübersteuerungsvorrichtung
erlaubt dem Piloten, eine blockierte hydraulische Stellbetätigungsvorrichtung
oder blockierte Systemverbindung zu übersteuern. Wenn eine hydraulische
Stellbetätigungsvorrichtung
oder eine Systemverbindung blockiert, rutscht die Blockierungsübersteuerungsvorrichtung
bei einer voreingestellten Eingangskraft des Piloten und ermöglicht dem
Piloten, die verbleibenden Betätigungsvorrichtungen
oder Systemverbindungen zu betreiben.
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Ein
allgemeines Problem der vorab beschriebenen Systeme betrifft eine
von dem Piloten hervorgerufene Schwingung (PIO, „Pilot-Induced-Oscillation") oder eine Kopplung
zwischen dem Piloten und dem Flugzeug (APC, „Airplane-Pilot-Coupling"). Im Allgemeinen
tritt die von dem Piloten hervorgerufene Schwingung als Ergebnis
von ungewöhnlich
hohen Steuereingangsraten des Piloten auf, welche den hydraulischen
Stellbetätigungsvorrichtungen
für Steuerflächen bereitgestellt
werden. Dies tritt gelegentlich auf, wenn sich der Pilot mit anfordernden
Aufgaben beschäftigt
während
er unablässig
das Flugzeug mit ungewöhnlich
hohen Eingangsraten manövriert. Folglich
ist die Rückmeldung
der Steuerflächenbetätigungsvorrichtungen,
dass die Rate beschränkt
wird. Die Ratenbeschränkung
der Betätigungsvorrichtung führt zu einem
Schlupfzustand der Blockierungsübersteuerungsvorrichtung.
In dem Schlupfzustand sind die Federkraft der Blockierungsübersteuerungsvorrichtung
und die Rückwirkungskraft
von dem System für
das künstliche
Gefühl
versetzt, was zu einem Absenken der Rückwirkungskraft für den Piloten
führt. Dies
führt dazu,
dass der Pilot eine Überkorrektur vornimmt,
was zu einer großen
entgegengesetzten Korrektur führt
und folglich zu einer Schwingung führt, wenn der Vorgang wiederholt
wird. Die höhere Rate
der Steuereingabe des Piloten verschärft daher die von dem Piloten
herbeigeführte
Schwingung.
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Die
von dem Piloten herbeigeführte
Schwingung (PIO) oder die Kopplung zwischen Pilot und Flugzeug (APC)
sind seit langem als ein wesentlicher Effekt bekannt, welcher eine
Steuerinstabilität
des Flugzeugs betrifft. Viele Fachleute haben die Effekte der von
dem Piloten herbeigeführten
Schwingung studiert und allgemeine Kriterien oder spezielle Kriterien
für ein
Flugzeug entwickelt, um erwartete Flugergebnisse abzuschätzen. Von
diesen Kriterien sind Systeme entwickelt worden, um die von dem
Piloten herbeigeführte
Schwingung aufgrund der hohen Steuereingangsraten zu dämpfen. Diese
Modelle haben jedoch schon eine Lösung bereitgestellt, um tatsächlich das
Phänomen
an dem Ursprung, dem Piloten und der Steuerflächenschnittstelle einzuschränken.
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Ein
Dämpfungssystem,
welches für
die Boeing 777 entwickelt ist, welches von The Boeing Company aus
Seattle, Washington, gefertigt wird, umfasst einen sich drehenden
hydraulischen Dämpfer,
um für
eine Dämpfung
bei den drahtgelenkten Steuersystemen zu sorgen. Ein anderes Dämpfungssystem,
welches für
die Boeing 757-300 entwickelt ist, umfasst auch einen sich drehenden
hydraulischen Dämpfer,
um den Effekt der von dem Piloten herbeigeführten Schwingung auf die mechanischen Steuersysteme
des Höhenruders
zu verringern. Der hydraulische Dämpfer besteht aus einer Welle
mit einem oder mehreren integralen Flügeln und einem zylindrischen
Gehäuse
mit zwei oder mehr Kammern. Ein typischer sich drehender hydraulischer
Dämpfer weist
zwei Wellenflügel
und vier Kammern auf. Gegenüberliegende
Kammern sind verbunden und die zwei Paare sind verbunden, indem
eine Flüssigkeit durch
ein Drosselventil strömt.
Eine relative Drehung zwischen der Welle und dem Gehäuse verdrängt die Flüssigkeit
von einem Paar Kammern durch das Drosselventil in das andere Paar
Kammern. Das Strömen
durch das Drosselventil und die relative Drehung erzeugen den Widerstand
(so genannte lineare Dämpfungskraft)
relativ zu der Eingangsdrehung und verhindern die unerwünschte hohe
Eingabe der Rate.
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Der
hydraulische Dämpfer
arbeitet für
seinen vorgesehenen Zweck bei den drahtgelenkten Steuersystemen
der 777 und dem Steuersystem des Höhenruders der 757-300 gut,
jedoch verbieten die lineare Dämpfungskraft
wie auch die Dämpfungsrate, Antwortzeit
und Steuerung seine Verwendung mit anderen Flugsteuersystemen. Keines
dieser Systeme sorgt für
eine Dämpfung
relativ zu der Eingangsrate der Steuerflächenschnittstelle. Genauer
müssen
viele seitliche mechanische Steuersysteme eine geringe Ausbruchkraft
der Steuerung (die Ausbrechkraft einer Steuerung ist als die Eingangskraft
des Piloten definiert, um die erste Bewegung einer Steuerfläche zu veranlassen)
als auch eine unveränderte
Rückwirkungskraft
während
eines normalen Betriebs des Flugzeugs aufweisen. Die vorherigen
hydraulischen Dämpfungssysteme
erhöhen
sowohl die Ausbruchkraft der Steuerung als auch die Rückwirkungskräfte bei
einem normalen Betrieb des Flugzeugs. Die vorherigen hydraulischen
Dämpfer
wären für drahtgesteuerte
Steuersysteme geeignet, da solche Steuersysteme keine Steuerkabel,
Rollen, Quadranten und Steuergestänge zwischen der Steuerung
des Piloten und den hydraulischen Stellbetätigungsvorrichtungen verwenden.
Ein anderes primäres
Problem, welches den hydraulischen Dämpfern zugeordnet ist, sind
auch die mechanischen Dichtungen, welche die zähflüssige Flüssigkeit in der Dämpfungskammer halten.
Diese Dichtungen sind einem Verschleiß ausgesetzt und weisen eventuell
eine Undichtigkeit auf, was zu einem Verlust der Dämpfungsflüssigkeit
führt. Ein
Verlust der Flüssigkeit
verringert den Dämpfungseffekt
des hydraulischen Dämpfers.
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Die
US-A-3 699 369 offenbart eine Steuerflächensteuerung eines Flugzeugs
zur Steuerung einer aerodynamischen Steuerfläche bei einem Flugzeug, welche
eine Steuerflächenschnittstelle
mit einem Bewegungsbereich, um eine Eingabe eines Piloten bereitzustellen,
um die aerodynamischen Steuerflächen bei
einem Flugzeug einzustellen, und einen variablen Widerstandsdämpfer, welcher
mechanisch mit der Steuerflächenschnittstelle
des Piloten verbunden ist, umfasst, wobei der Dämpfer für einen physikalischen Widerstand
gegenüber
der Steuerflächenschnittstelle
sorgt, wobei der physikalische Widerstand des Dämpfers proportional mit einer
Bewegungsrate der Steuerflächenschnittstelle
ansteigt.
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Die
US-A-5 264 768 offenbart auch diese Merkmale.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Steuerflächensteuerung und ein Verfahren
zur Steuerung einer Steuerflächenschnittstelle
bereit, um effektiv die Eingangsrate zu der Steuerflächenschnittstelle
zu beschränken,
wodurch eine von einem Piloten herbeigeführte Schwingung verhindert
wird. Die Steuerflächenschnittstelle
sorgt für
eine Eingabe des Piloten, um aerodynamische Steuerflächen bei
einem Flugzeug einzustellen. Im Allgemeinen umfasst ein Flugzeug
viele aerodynamische Steuerflächen
einschließlich
Querrudern, Störklappen,
Landeklappen, Höhenru dern
und Seitenrudern. Irgendeine oder irgendwelche dieser Steuerflächen reagieren
auf die Steuerflächenschnittstelle.
Auch ein variabler Widerstandsdämpfer
ist mit der Steuerflächenschnittstelle verbunden.
Der variable Widerstandsdämpfer
sorgt für
einen Regelunempfindlichkeitsbereich bezüglich der Rate und für einen
physikalischen Widerstand für die
Steuerflächenschnittstelle
proportional zu ihrer Bewegungsrate. Der Regelunempfindlichkeitsbereich
bezüglich
der Rate kann vorteilhafter Weise gewählt werden, um für einen
proportionalen physikalischen Widerstand für die Steuerflächenschnittstelle während hoher
Eingangsraten zu sorgen, welche zu einer von einem Piloten herbeigeführten Schwingung führen können.
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Ein
variabler Widerstandsdämpfer
mit einem Regelunempfindlichkeitsbereich bezüglich der Rate wird bereitgestellt.
In dem Regelunempfindlichkeitsbereich bezüglich der Rate erzeugt der
variable Widerstandsdämpfer
keine Dämpfungskraft,
so dass die Ausbruchkraft der Steuerung und die Rückwirkungskräfte bei
einem normalen Betrieb des Flugzeugs nicht beeinflusst werden. Der
variable Widerstandsdämpfer
ist für
den Piloten bei einem normalen Betrieb des Flugzeugs grundsätzlich nicht
erkennbar. Jenseits des Regelunempfindlichkeitsbereichs bezüglich der
Rate erzeugt der variable Widerstandsdämpfer die Dämpfungskraft und auch die Antwortzeit
zwischen Dämpfung
ist eingeschaltet und Dämpfung
ist nicht eingeschaltet ist viel schneller als bei einem momentan
eingesetzten hydraulischen Dämpfer.
Somit haben die erweiterten Anforderungen an ein mechanisches Quersteuersystem
zu einer Erfindung geführt,
bei welcher ein aktives Dämpfungsverfahren,
welches einen variablen Dämpfer
einsetzt, die Befugnisse des Piloten über das Steuersystem verringert,
wenn sich die Frequenz der Steuereingabe des Piloten erhöht.
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Ein
anderer Aspekte einer Steuerflächensteuerung
und eines Verfahrens zum Steuern einer Steuerflächenschnittstelle umfasst eine
sich drehende oder lineare Blockierungsübersteuerungsvorrichtung, welche
eine von zwei oder von mehreren Steuerflächensteuerungen und die Steuerflächenschnittstelle
verbindet, welche ermöglicht,
dass eine blockierte Betätigungsvorrichtung
oder eine blockierte Verbindung von dem System entfernt wird, um
die nicht blockierten Betätigungsvorrichtungen
oder Verbindungen zu betreiben. Typischerweise umfasst die sich
drehende Blockierungsübersteuerungsvorrichtung
eine Walze und einen herzförmigen
Nocken, wobei die Walze normalerweise an der Nockenarretierung positioniert
und durch die Federkraft vorgespannt ist. Ein Pogo-Stab oder ein
federnder Stab ist eine Form der linearen Blockierungsübersteuerungsvorrichtung.
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Bei
vielen Anwendungen der Steuerflächensteuerung
und des Verfahrens zum Steuern einer Steuerflächenschnittstelle ist es erstrebenswert, dass
der variable Widerstandsdämpfer
vorhanden ist. Verschiedene Typen von variablen Widerstandsdämpfern können eingesetzt
werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform
setzt einen Elektromotor ein. Genauer umfasst eine Ausführungsform
eine Kombination eines bürstenlosen
Gleichstrom-Motor-Generators. Eine andere Ausführungsform setzt ein magnetisches
Feld ein, welches auf einem Rotor gehalten wird, wie z.B. bei einer
Wirbelstrombremsvorrichtung. Bei anderen Anwendungen einer Steuerflächensteuerung
und eines Verfahrens zum Steuern einer Steuerflächenschnittstelle ist es erstrebenswert,
dass der variable Widerstandsdämpfer
eine mechanische Bremse umfasst. Eine Ausführungsform der mechanischen
Bremse umfasst einen Zentrifugalreibungsbremsmechanismus.
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Jede
dieser Ausführungsformen
ist insbesondere gut geeignet, um das angestrebte Moment und die
angestrebte Rate proportional in einer effizienten und autonomen
Weise bereitzustellen. Das heißt,
dass jede Ausführungsform
eine eigene Energieversorgung aufweisen kann und daher unabhängig von
externen Energiequellen ist, wodurch vorteilhafter Weise die Zuverlässigkeit
verbessert wird. Jedoch können
andere Ausführungsformen
auch eine externe Energiequelle und externe Steuerungen umfassen,
um eine variable Widerstandsdämpfung
bereitzustellen.
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Darüber hinaus
ist es oft erstrebenswert, ein Drehmoment einer Welle des variablen
Widerstandsdämpfers
bei einer höheren
Rate zu steuern, während
es bei der niedrigeren Rate kein Dämpfungsdrehmoment gibt. Daher
umfasst eine Ausführungsform
einer Steuerflächensteuerung
und ein Verfahren zum Steuern einer Steuerflächenschnittstelle darüber hinaus
einen mechanischen Getriebezug, welcher die Steuerflächenschnittstelle
und den variablen Widerstandsdämpfer
verbindet. Der mechanische Getriebezug sorgt für eine Drehgeschwindigkeit,
welche sich von der Eingangswelle des Dämpfers zu dem Dämpfer erhöht.
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Im
Allgemeinen können
die mechanische Steuerflächensteuerung
und das Verfahren zum Steuern einer Steuerflächenschnittstelle mechanische
Verbindungen, wie z.B. ein Kabel, eine Rolle und einen Quadrantensystem
umfassen, welche die Steuerflächenschnittstelle
und eine Betätigungsvorrichtung
zum Betätigen
einer Steuerfläche
verbinden. Alternativ können
die drahtgelenkte Steuerflächensteuerung
und das Verfahren zum Steuern einer Steuerflächenschnittstelle elektromechanische
Vorrichtungen, wie z.B. elektromechanische Einstellbetätigungsvorrichtungen
und drahtgelenkte Übertrager umfassen,
welche die Steuerflächenschnittstelle
und eine elektrohydraulische Stellbetätigungsvorrichtung verbinden,
um eine Steuerfläche
zu betätigen.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt auch ein Verfahren
zum Steuern der Rate einer Steuerflächenschnittstelle eines Piloten
bereit, um effektiv die Rate einer Eingabe des Piloten zu der Steuerflächenschnittstelle
zu beschränken,
wodurch der Zustand einer von dem Piloten herbeigeführten Schwingung
verhindert wird. Diesbezüglich
umfasst das Verfahren ein Aufnehmen einer Eingangsrate von der Steuerflächenschnittstelle
und im Gegenzug ein Aufbringen eines physikalischen Widerstands
auf die Steuerflächenschnittstelle.
Der physikalische Widerstand ist proportional zu der Eingangsrate
des Piloten.
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Der
physikalische Widerstand für
die Steuerschnittstelle beginnt, wenn die Steuerflächenschnittstelle
einmal über
eines oder mehrere von anfänglichen
Dämpfungskriterien
hinaus bewegt worden ist. Ein anfängliches Dämpfungskriterium entspricht
einer vorbestimmten Rate der Steuerflächenschnittstelle. Ein anderes
anfängliches
Dämpfungskriterium kann
darüber
hinaus einer vorbestimmten Stellung der Steuerflächenschnittstelle ausgehend
von einer nominalen Stellung der Steuerflächenschnittstelle entsprechen.
Die anfänglichen
Dämpfungskriterien werden
auf der Grundlage der Rückmeldungseigenschaften
des physikalischen Steuersystems und Eigenschaften von aerodynamischen
Effekten der Steuerflächen
abhängig
von der Steuerflächenschnittstelle
und im Allgemeinen im Zusammenhang mit der Bedingung für eine von
dem Piloten herbeigeführten
Schwingung ausgewählt.
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Daher
baut die vorliegende Erfindung auf der Technik des aktiven Dämpfens auf,
um ein System und ein Verfahren bereitzustellen, welches einen Zustand
einer von einem Piloten herbeigeführten Schwingung bei einem
großen
Transportflugzeug unterdrückt,
was durch Beschränken
einer Rate eines Steuersystems bewirkt wird. Um effektiv die Eingabe einer
hohen Rate während
eines Fluges zu beschränken,
setzt die vorliegende Erfindung ein System ein, welches einen autonomen
variablen Widerstandsdämpfer
umfasst, welcher bei einem Flugsteuersystem installiert werden kann,
indem er zwischen anderen Flugkörperteilen
eingefügt
werden kann. Das Verfahren zur aktiven Dämpfung der vorliegenden Erfindung
ist darauf ausgelegt, abgeschlossen zu werden, bevor eine Beschränkungsbedingung
der Rate des Flugsteuersystems auftritt, wodurch ein Zustand einer
von einem Piloten herbeigeführten Schwingung
verhindert wird.
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Es
ist auch vorteilhaft, die Eingangsrate des Dämpfers jenseits eines Schwellenwerts
eines anfänglichen
Dämpfungskriteriums
zu steuern. Das heißt,
dass die Dämpfung
nicht beginnt, bis die Eingabe der Steuerfläche das anfängliche Dämpfungskriterium überschreitet.
Ein anfängliches
Dämpfungskriterium
entspricht einer vorbestimmten Rate der Steuerflächenschnittstelle. Im Allgemeinen
ist eine von einem Piloten herbeigeführte Schwingung bei Eingangsraten
unterhalb der vorbestimmten Rate kein wesentliches Problem und daher
ist ein Dämpfen
nicht erforderlich. Ein anderes Kriterium für einen Dämpfungsbeginn ist eine vorbestimmte
Stellung der Steuerflächenschnittstelle
ausgehend von einer nominalen Stellung. Dieser Aspekt ist für Anwendungen relevant,
wobei kleine Bewegungen keine wesentlichen Faktoren sind, welche
zu einer von dem Piloten herbeigeführten Schwingung beitragen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER VERSCHIEDENEN DARSTELLUNGEN DER ZEICHNUNG
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Nachdem
die Erfindung allgemein beschrieben worden ist, wird nun Bezug auf
die beigefügten Zeichnungen
genommen, welche nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind
und wobei gilt:
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Steuerflächensteuerungssystems eines
Flugzeugs nach dem Stand der Technik;
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2 ist
eine Draufsicht eines Flugzeugs mit Steuerflächen, welche von einer Steuertlächensteuerung
betrieben werden;
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Steuerflächensteuerung gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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4 ist
ein Graph, welcher ein Drehmoment einer Welle und eine Kennlinie
einer Rate der Welle für
einen Dämpfer
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
darstellt;
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5 ist
eine Ansicht eines Dämpfers
mit Rotor von vorn gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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6 ist
ein Blockdiagramm eines variablen Widerstandsdämpfers und eines Getriebezugs
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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7 ist
ein Blockdiagramm eines Wirbelstrombremsvorrichtungsdämpfers gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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8 ist
eine schematische Darstellung, welche den Betrieb eines Motor-Generator-Dämpfers gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
und
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9 ist
ein Blockdiagramm, welches den Betrieb eines Zentrifugalbremsdämpfers gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer
beschrieben, in welchen bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen dargestellt sind. Diese
Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden
und sollte nicht als auf die hier dargestellten Ausführungsformen
beschränkt angesehen
werden; sondern diese Ausführungsformen
sind vorhanden, damit diese Offenbarung genau und vollständig ist
und dem Fachmann den Umfang der Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert wird,
vollständig übermittelt.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen durchweg gleiche Elemente.
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Nun
ist mit Bezug auf 1 ein typisches Steuerflächensteuerungssystem 100 eines
Flugzeugs dargestellt. Das System umfasst im Allgemeinen eine Steuerflä chenschnittstelle 102 oder
ein Paar Steuerflächenschnittstellen 102,
wie z.B. Steuerräder,
Steuerknüppel
oder Pedale. Die Steuerflächenschnittstelle 102 ist
mit der aerodynamischen Steuerfläche 104 und
den Steuerflächenbetätigungsvorrichtungen 106 über mechanische
Verbindungen, wie z.B. Kabel 108, Rollen 110,
Kabelquadranten 112 und Gestänge 109, verbunden,
um die Bewegung der Steuerflächenschnittstelle 102 zu
den Betätigungsvorrichtungen 106 zu übertragen.
Die Betätigungsvorrichtungen 106 bewegen
die aerodynamischen Steuerflächen 104 zu
einer Stellung, welche der Eingabe der Schnittstelle 102,
wie sie von dem Piloten erwünscht
wird, entspricht. Oft umfassen die Betätigungsvorrichtungen 106 hydraulische
Betätigungsvorrichtungen
oder dergleichen. Wie dargestellt ist, kann eine Steuerflächenschnittstelle 102 mehr
als eine aerodynamische Steuerfläche 104 steuern,
zum Beispiel steuert ein Steuerrad typischerweise Querruder auf
der linken und rechten Tragfläche.
Darüber
hinaus ist auch ein zu fühlendes System
bzw. Fühl-System 116 vorhanden,
welches typischerweise einen linearen Widerstand, welcher strikt
von einer Stellung abhängt,
bereitstellt.
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Des
Weiteren umfasst ein typisches Steuerflächensteuerungssystem 100 eines
Flugzeugs auch eine oder mehrere Blockierungsübersteuerungsvorrichtungen 114 innerhalb
der mechanischen Verbindung, speziell wenn eine Steuerflächenschnittstelle 102 mehr
als eine aerodynamische Steuerfläche 104 steuert
oder wenn redundante Systeme eingebaut sind. Wenn eine Betätigungsvorrichtung 106 in
einem blockierten Zustand ausfällt,
ermöglicht
eine Blockierungsübersteuerungsvorrichtung 114 einen
Betrieb von nicht blockierten Betätigungsvorrichtungen, indem
die blockierte Betätigungsvorrichtung
von dem System entfernt wird. Die Blockierungsübersteuerungsvorrichtung 114 ist
typischerweise eine Drehvorrichtung, welche eine Walze und einen
herzförmigen
Nocken umfasst, wobei die Walze an der Nockenarretierungen angeordnet
ist und durch die Federkraft vorgespannt ist, welche von dem Typ
der Blockierungsübersteuerungsvorrichtung
abhängt.
Alternativ kann die Blockierungsübersteuerungsvorrichtung
auch von einem linearen Typ sein, wie z.B. ein Pogo-Stab oder ein
federnder Stab. Wenn die Steuerflächen schnittstelle gegen den
Widerstand einer blockierten Betätigungsvorrichtung
oder einer blockierten Verbindung gedreht wird, überschreitet die sich ergebende
Kraft die Arretierungskraft. Die Arretierungskraft ist als der Kraftschwellenwert
definiert, welcher bewirkt, dass die Übersteuerungsvorrichtung rutscht.
Die Arretierungskraft bewirkt eine Relativbewegung der zwei Hälften der
Blockierungsübersteuerungsvorrichtung
und isoliert somit die blockierte Betätigungsvorrichtung oder die
blockierte Verbindung von dem System. Es sei angemerkt das die Darstellung
redundante Systeme von Steuerflächenschnittstellen 102,
Kabeln 108, Rollen 110, Kabelquadranten 112 und
Gestängen 109 darstellt.
In diesem Fall sorgt die Blockierungsübersteuerungsvorrichtung 114 für eine ähnliche
Funktion zwischen redundanten Systemen, wenn ein System blockiert, rutscht
die Blockierungsübersteuerungsvorrichtung 114 und
entfernt den blockierten Abschnitt des Systems.
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Gleichzeitig
mit Bezug auf 2 umfassen die aerodynamischen
Steuerflächen
eines typischen Flugzeugs 120 Querruder 122, Störklappen 124,
Höhenruder 126,
Landeklappen 128 und Seitenruder 130. Die Steuerflächensteuerung
und das Verfahren zum Steuern einer Steuerflächenschnittstelle, wie es hier
beschrieben wird, können
im Zusammenhang mit irgendeiner dieser Flächen oder irgendeiner anderen
Steuerfläche,
welche für
aerodynamische Eigenschaften sorgt, um ein Flugmanöver zu ermöglichen,
verwendet werden. 1 und 3 stellen spezielle
Steuerflächenschnittstellen 112, 212 dar, welche
Steuerräder
zum Betrieb von Steuerflächen 104, 204 sind,
jedoch sollte dies nur beispielhaft sein und nicht ausgelegt werden,
um die Anwendung der Erfindung auf andere Steuerflächenschnittstellen
zu beschränken.
Beispiele solcher Steuerflächenschnittstellen
umfassen Steuerknüppel,
Pedale, Hebel und andere ähnliche
bestimmte Flugzeugschnittstellenvorrichtungen für einen Piloten.
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Nun
wird mit Bezug auf 3 und gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
eine Steuerflächensteuerung 200 und
ein Verfahren zur Steuerung einer Steuerfläche bereitgestellt. Die Steuerflächensteuerung 200 umfasst
eine Steuer flächenschnittstelle 212,
wie sie vorab beschrieben ist, und umfasst weiter einen variablen
Widerstandsdämpfer 220.
Der variable Widerstandsdämpfer
ist über
ein Gestänge 211 mit
vier Streben und einen Dämpferrotor 222 mit
der Steuerflächenschnittstelle 202 verbunden.
Der variable Widerstandsdämpfer 220 stellt für die Steuerflächenschnittstelle 202 eine
variable physikalische Widerstandskraft bereit.
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Insbesondere
stellt der variable Widerstandsdämpfer 220 der
Steuerflächenschnittstelle 202 einen
zusätzlichen
Widerstand bereit, welcher proportional zu der Bewegungsrate der
Steuerflächenschnittstelle 202 ist.
Beispielsweise betreiben die mechanischen Verbindungen von der Steuerflächenschnittstelle 202 einen
Rotor 222 auf dem variablen Widerstandsdämpfer 220.
Die Drehgeschwindigkeit der Rotorwelle entspricht der Eingangsrate der
Steuerflächenschnittstelle 202.
Das Drehmoment auf dem Rotor 222 verändert sich abhängig und
proportional zu der Drehgeschwindigkeit, um der Steuerflächenschnittstelle 202 einen
Widerstand bereitzustellen. Daher stellt der variable Widerstandsdämpfer 220 der
Schnittstelle 202 einen zusätzlichen physikalischen Widerstand
bereit, indem das Drehmoment bei dem Rotor 222 proportional
zu der Drehgeschwindigkeit der Rotorwelle und damit zu der Eingangsrate
der Steuerflächenschnittstelle
gesteuert wird. Wenn die Grenze 232 der Regelunempfindlichkeit
der Rate abhängig
von den Ratengrenzen der Betätigungsvorrichtungen
und anderer Faktoren, welche sich auf die von einem Piloten herbeigeführte Schwingung
beziehen, gewählt
wird, dann kann die Steuerflächensteuerung 200 die
Ursache der von einem Piloten herbeigeführten Schwingung an dem Ursprung,
nämlich
der Steuerflächenschnittstelle 202 verhindern.
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Daher
ist der variable Widerstandsdämpfer 220 in
der Steuerflächensteuerung 200 vorhanden, so
dass eine Rückmeldung,
der zusätzliche
physikalische Widerstand, von dem variablen Widerstandsdämpfer 220 direkt
der Steuerflächenschnittstelle 202 abhängig von
der Eingangsrate der Steuerflächenschnittstelle
bereitgestellt wird. Die Steuerflächenschnittstelle 202 ist
darüber
hinaus mit den Steuerflächenbetätigungsvorrichtungen 206 und
aerodynamischen Steuerflächen 204 über Kabel 208, Rollen 210,
Kabelquadranten 212, Strebengestänge 209 und einem
zu fühlenden
System 216 verbunden. Die Steuerflächenbetätigungsvorrichtung 206 positioniert
daher die aerodynamische Steuerfläche 204 in einer Weise,
welche der Stellung der Steuerflächenschnittstelle 202 entspricht,
ungeachtet des variablen Widerstandsdämpfers. Dementsprechend kann
dieses bestimmte Beispiel einer Steuerung eines variablen Widerstandsdämpfers 220 für diese
Ausführungsform
der Steuerflächensteuerung 200 und
eines Verfahrens zur Steuerung einer Steuerflächenschnittstelle als ein Steuersystem
mit einer offenen Regelschleife beschrieben werden.
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Während diese
Ausführungsform
eines variablen Widerstandsdämpfers
eine Rückmeldung
mittels eines offenen Regelkreises bereitstellt, ist die Auswahl
der Größe und der
Proportionalität
des Widerstands abhängig
von der Eingangsrate trotzdem abhängig von den Grenzraten der
Steuerflächenbetätigungsvorrichtungen 206 und
der aerodynamischen Reaktion des Flugzeugs abhängig von der entsprechenden
Bewegung der aerodynamischen Steuerflächen 204. Die Entwickler
eines Flugzeugs haben im Allgemeinen mathematische Modelle, um zu
bestimmen, wie Ratenbegrenzungen der Betätigungsvorrichtungen und andere
Systemparameter zu der von einem Piloten herbeigeführten Schwingung
beitragen. Indem diese Modelle auf jedes spezielle System und Flugzeug
angewendet werden, können
geeignete Ratengrenzen für
jede Steuerfläche
und jede Steuerflächenschnittstelle
gewählt
werden. Folglich kann die von einem Piloten herbeigeführte Schwingung
an ihrem Ursprung, der Steuerflächenschnittstelle 202,
eingeschränkt
werden. Die Ratengrenze, welche hier beschrieben wird, wird auch
als proportional gesteuert bezeichnet, und ein proportionales Steuern
kann irgendeine Anzahl von wünschenswerten
Ergebnissen umfassen, welche mit diesen Modellen in Beziehung stehen,
so dass sich das Drehmoment des Dämpfers 220 abhängig von
der Rate des Eingangs der Steuerflächenschnittstelle erhöht.
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Es
sei auch angemerkt, dass ein Einschränken der Steuerflächenschnittstelle 202,
damit sie innerhalb der maximalen Rate der Betätigungsvorrichtung 206 bleibt,
auch ein unerwünschtes
Rutschen der zugehörigen
Blockierungsübersteuerungsvorrichtungen 214 verhindert.
Nach dem Stand der Technik, wie z.B. in 1, könnte sich
die Eingangsrate der Steuerflächenschnittstelle über die
Betätigungsvorrichtungsrate
erhöhen,
so dass der Eingangshebel der Betätigungsvorrichtung einen mechanischen
Halt kontaktiert. Die Haltkontaktbedingung und die Eingangskraft
der Steuerflächenschnittstelle übersteigt
die Arretierungskraft der Blockierungsübersteuerungsvorrichtung 114 und
verursacht das Außerkraftsetzen,
so dass die Betätigungsvorrichtung
rutscht und vorübergehend
aus dem Betrieb genommen wird, auch wenn die Betätigungsvorrichtung 106 tatsächlich nicht
blockiert war. Wenn jedoch, bezugnehmend wiederum auf 3,
die Steuerflächensteuerung 200 und
das Verfahren zur Steuerung einer Steuerflächenschnittstelle der vorliegenden
Erfindung einen physikalischen Widerstand für die Steuerflächenschnittstelle 202 innerhalb
der Ratengrenzen der Betätigungsvorrichtungen 206 aufbaut,
werden die Fälle
eines mechanischen Haltekontakts des Eingangshebels der Betätigungsvorrichtung
meist verhindert und die Blockierungsübersteuerung bewirkt kein künstliches
Rutschen. Darüber
hinaus beeinflussen die Steuerflächensteuerung 200 und
das Verfahren zur Steuerung einer Steuerflächenschnittstelle der vorliegenden
Erfindung den normalen Betrieb der Blockierungsübersteuerung 214 nicht.
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Während die
Steuerflächensteuerung 200 und
das Verfahren zur Steuerung einer Steuerflächenschnittstelle im Zusammenhang
mit herkömmlichen
Kabeln, Rollen und mechanischen Gestängesystemen zur Steuerung von
Steuerflächenbetätigungsvorrichtungen
und Steuerflächen
beschrieben worden sind, können
die vorab stehenden Prinzipien in ähnlicher Weise auf elektromechanische
drahtgelenkte Steuersysteme, welche auch für den selben Zweck eingesetzt
werden, angewendet werden. Zum Beispiel werden elektrohydraulische
Stellbetätigungsvorrichtun gen
im Zusammenhang mit manuellen Eingabesystemen verwendet, und ein
Beispiel umfasst drahtgelenkte Steuersysteme. Während drahtgelenkte Steuersysteme
Algorithmen und Softwaresteuerschemata entwickeln können, um
den Effekt einer von einem Piloten herbeigeführten Schwingung zu begrenzen,
können
die Steuerflächensteuerung
und das Verfahren zur Steuerung einer Steuerflächenschnittstelle der vorliegenden
Erfindung auch aufgenommen werden, um dem Piloten eine effektivere
Rückmeldung
durch die Steuerflächenschnittstelle
bereitzustellen. Daher stellen die Steuerflächensteuerung und das Verfahren
zum Steuern einer Steuerflächenschnittstelle
dem Piloten ein Hilfsmittel bereit, um bewusst eine von einem Piloten
herbeigeführte
Schwingung an dem Ursprung zu verhindern, anstatt nur drahtgelenkten
Steuersystemen zu vertrauen, um den Effekt am Ausgang zu begrenzen.
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Andere
Anwendungen der Steuertlächensteuerung
und des Verfahrens zum Steuern einer Steuerflächenschnittstelle der vorliegenden
Erfindung können
auch enthalten sein, um die maximalen Raten der Stellventile zu
begrenzen oder zu steuern. Elektrohydraulische Stellventile werden
bei drahtgelenkten Flugsteuersystemen eines Flugzeugs eingesetzt
und jedes davon befindet sich unter der Steuerung eines elektrischen
Anweisungssignals. Das elektrische Anweisungssignal wird als Ergebnis
der Steuerflächensteuerung
oder der Steuerflächenschnittstelle
des Autopiloten erzeugt. Unter Übergangsbedingungen
verursacht das vorab beschriebene System einen hydraulischen Spitzendruck,
welcher die maximale akzeptable Grenze überschreitet, und führt zu einer
verringerten Dauerfestigkeit der hydraulischen Rohrleitung und anderer
Komponenten. Ein typischer Ansatz setzt einen Druckspeicher ein, um
den vorübergehenden
hydraulischen Spitzendruck zu begrenzen. Ein anderer Ansatz erhöht die Größe des Durchmessers
der hydraulischen Rohrleitung. Beides erhöht die Kosten und das Gewicht
wesentlich, und das vorab genannte erhöht die Wartungsanforderungen
an das Flugzeug. Die vorliegende Erfindung kann daher derart angepasst
werden, dass sie die Systemleis tung verringert, was die Rate der
Stellventile ohne Verschlechterung eines normalen dynamischen Leistungsverhaltens
der Betätigungsvorrichtung
absenkt.
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In ähnlicher
Weise stellen die vorab stehenden Beispiele ein Verfahren mit offener
Regelschleife zum Steuern einer Steuerflächenschnittstelle dar, wobei
jedoch dieselben Prinzipien in Verbindung mit einem System mit geschlossener
Regelschleife angewendet werden können. Zum Beispiel kann eine Steuerung
mit geschlossener Regelschleife zusätzliche Eingangsdaten von einem
drahtgelenkten Computer, von der Steuerflächenbetätigungsvorrichtung, von der
aerodynamischen Steuerfläche,
von einem zugehörigen
Sensor oder von irgendwelchen anderen Mechanismen oder einem Sensor,
welcher dazugehört,
um eine aerodynamische Steuerfläche
zu steuern, empfangen. Diesbezüglich
kann das zurückgemeldete
Drehmoment des variablen Widerstandsdämpfers proportional zu der
Eingangsrate zuzüglich irgendeines
oder mehrerer dieser anderen möglichen Rückmeldungsmechanismen
verändert
werden.
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Bei
einer Ausführungsform
ist es vorteilhaft, den proportionalen Widerstand nur bereitzustellen, wenn
die Steuerflächenschnittstelle 202 einen Schwellenwert
der Rate überschreitet.
Nun mit Bezug auf 4 und weiter mit Bezug auf 3 ist
eine solche wünschenswerte
Drehmomentausgabe 234 des variablen Widerstandsdämpfers 220 abhängig von
der Drehgeschwindigkeit der Welle des Motors 222 des variablen
Widerstandsdämpfers
dargestellt. Die Drehgeschwindigkeit der Welle entspricht natürlich direkt
der Eingangsrate der Steuerfläche.
Diesbezüglich
stellt der Dämpfer
bei niedrigen Eingangsraten der Steuerflächenschnittstelle keine zusätzliche
Dämpfung
bereit. Dieser ungedämpfte
Bereich 232 stellt den normalen Betrieb der Steuerflächenschnittstelle
dar, wo eine von einem Piloten herbeigeführte Schwingung entweder nicht
auftritt oder nicht bis zu irgendeiner unerwünschten Größe auftritt. Solch ein Bereich
wird von den physikalischen Reaktionseigenschaften der aerodynamischen
Steuerfläche 204,
der Steuerflächenbetätigungsvorrichtung 206 und
der aerodynamischen Reaktion des Flugzeugs auf die Bewegung der
Steuerfläche
bestimmt. Typischerweise basieren diese auf den vorab diskutierten
Modellen für
eine von einem Piloten herbeigeführte
Schwingung und variieren von Flugzeug zu Flugzeug. Daher sind diese
Parameter den Designern eines Steuersystems eines Flugzeugs, welche von
Fall zu Fall arbeiten, gut bekannt. Ein maximales Drehmoment 235 oder
ein Grenzdrehmoment wird typischerweise als die maximale Grenze
des Dämpfers
beschrieben und sollte jenseits des maximalen erwarteten Drehmoments,
welches auf die Steuerflächenschnittstelle
einwirkt, gewählt
werden.
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Nun
mit Bezug auf 5 und weiter mit Bezug auf 3 ist
es bei einer anderen Ausführungsform
der Steuerflächensteuerung 200 und
eines Verfahrens zum Steuern einer Steuerflächenschnittstelle wünschenswert,
einen Bewegungsbereich der Steuerflächenschnittstelle bereitzustellen,
wo die Schnittstelle nicht gedämpft
wird. Zum Beispiel entspricht eine nominale Stellung einer Steuerflächenschnittstelle 202 nominalen
Stellungen der Steuerflächen, welche
sie steuert. Eine Stellung des Rotors 222 auf dem Dämpfer entspricht
der nominalen Stellung und wird zur Vereinfachung der Erläuterung
mit Null Grad bezeichnet. Auf jeder Seite der nominalen Stellung, "X"-Grad, kann ein nicht gedämpfter Bereich
gewählt werden
und bei X Grad wird eine Schwellenwertstellung der Dämpfung erreicht.
Der nicht gedämpfte
Bereich der Bewegung entspricht im Allgemeinen Rückwirkungen der Steuerflächen und
aerodynamischen Rückwirkungen,
wo eine von einem Piloten herbeigeführte Schwingung nicht auftritt
oder nicht bis zu irgendeiner unerwünschten Größe auftritt. Daher beginnt
die Dämpfung
jenseits der Schwellenwertstellung der Steuerflächenschnittstelle und ist auch
proportional zu der Rate des Eingangs der Steuerfläche, wie
es vorab beschrieben und zum Beispiel in 4 dargestellt
ist.
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Im
Allgemeinen wird bei einer sich drehenden Maschine das geforderte
Dämpfungsdrehmoment
bei höheren
Drehgeschwindigkeiten der Rotorwelle einfacher erzielt oder gesteuert.
Daher stellt 6 eine vorteilhafte Ausführungsform
eines variablen Widerstandsdämpfers 224 dar,
welcher einen Getriebezug 226 mit einer Untersetzung des
Dämpferrotors 230 zu
einem externen Rotor 228 umfasst. Der externe Rotor 228 ist
mechanisch mit der Steuerflächenschnittstelle
verbunden. Typischerweise umfassen diese Getriebe Schrägstirnräder, Stirnräder oder
Planetengetriebezüge.
Der Fachmann erkennt, dass der spezielle Getriebetyp und das spezielle Übersetzungsverhältnis gemäß den Anforderungen an
das Drehmoment und den physikalischen Widerstand der Steuerflächenschnittstelle
im Vergleich mit den Drehmomentfähigkeiten
des Dämpfers 222 selbst
gewählt
werden.
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Nun
umfasst mit Bezug auf 7 eine Ausführungsform des variablen Widerstandsdämpfers einen
Wirbelstromdämpfer 240 und
genauer einen autonomen und mit eigener Energie versorgten Wirbelstrombremsdämpfer 240.
Bei dieser besonderen Ausführungsform
besteht ein Wirbelstromdämpfer 240 aus
Polen eines Permanentmagneten, welche über einen variablen Luftspalt 242 an
einem Ort auf einer elektrisch leitenden sich drehenden Scheibe 246 gehalten
werden.
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Der
Wirbelstromdämpfer 240 ist
insbesondere aufgrund der natürlichen
Proportionalität
der Kennlinie des Drehmoments gegenüber der Drehgeschwindigkeit
gut als variabler Widerstandsdämpfer geeignet.
Im Betrieb dreht sich die Scheibe 246 in dem Magnetfeld
der magnetischen Pole 247, so dass die Richtung des magnetischen
Flusses, welcher durch die Scheibe 246 verläuft, sich
in der Drehrichtung verändert.
Laut dem Gesetz von Faraday führen sich
zeitlich verändernde
Magnetfelder zu einem Wirbelstrom, welcher in der sich drehenden
Scheibe 246 zirkuliert, wodurch eine magnetische Kraft
in der zur Drehrichtung der Scheibe 246 entgegengesetzten Richtung
laut einer Regel von Flemming erzeugt wird, wodurch ein Bremsdrehmoment
auf die sich drehende Scheibe 246 ausgeübt wird. Das Bremsdrehmoment
ist, wie es vorab erwähnt
ist, steuerbar, indem der Luftspalt 249 und die Drehgeschwindigkeit des
Rotors 242 eingestellt werden. Für einen konstanten Luftspalt 249 ist
das Bremsdrehmoment im Wesentlichen proportional zu der Rotorgeschwindigkeit.
Daher stellt die Ausführungsform
des Wirbelstrom dämpfers 240 des
variablen Widerstandsdämpfers
vorteilhafter Weise eine autonome und mit eigener Energie versorgte
Vorrichtung bereit, welche keine externen elektrischen Stromquellen
benötigt,
wodurch eine Zuverlässigkeit
eines Zurückhaltens
des Dämpfers
unabhängig
von Zuführungen
einer elektrischen Leistung ist.
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Der
Rotor 242 des Wirbelstromdämpfers ist mit einem Getriebezug 247 verbunden,
wie es vorab beschrieben worden ist. Eine sich selbst wieder in Eingriff
bringende Kupplungsanordnung 248 eines durchrutschenden
Typs ist auch stromaufwärts
des Getriebezugs 247 vorhanden und arbeitet als eine Überlastungsschutzvorrichtung
für den
Getriebezug und als eine Blockierungsübersteuerungsvorrichtung für das System.
Der externe Rotor 241, welcher mit der Kupplung verbunden
ist, empfängt
dann die Eingabe von der Steuerflächenschnittstelle 202 mittels der
mechanischen Gestänge 211, 213.
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Nun
mit Bezug auf 8 umfasst eine andere Ausführungsform
des variablen Widerstandsdämpfers
einen elektrischen Motor und bei einer bestimmten vorteilhaften
Ausführungsform
einen autonomen, mit eigener Energie versorgten und elektronisch
gesteuerten Motor-Generator 250. Der Motor-Generator-Abschnitt 254 der
Maschine umfasst einen bürstenlosen
DC-Motor. Der Rotor 252 enthält ein Feld von identischen
Permanentmagneten, welche ein gleichförmiges Dipolfeld bereitstellen.
Die Wicklungen des Motors 254 befinden sich auf dem Stator.
Die Statorwicklungen werden dann "geschaltet" oder "umgeschaltet", um einen DC-Motor-Generator bereitzustellen. Die Betriebsart
eines bürstenlosen
DC-Motors ist von derjenigen eines typischen DC-Motors dahingehend
verschieden, dass die Stromumkehr eines bürstenlosen Motors durch elektronische
Mittel durchgeführt
werden kann, wobei schaltende Schaltungen verwendet werden, anstatt Bürsten über einem
Stromwender von dem Rotor zu verwenden. Daher können die unerwünschten
Probleme (d.h. Bürstenverschleiß, Lichtbogen,
Explosion, usw.), welche mit einer mechanischen Struktur verbunden
sind, überwunden
werden, indem die mechanischen Mittel durch elektronische Mittel,
wie z.B. Leistungshalbleitervorrich tungen oder ICs für eine Signalverarbeitung,
ersetzt werden, so dass der dreiphasige Strom des bürstenlosen
DC-Motors gesteuert und bessere Betriebseigenschaften erzielt werden.
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Der
bürstenlose
DC-Motor wird als ein Generator verwendet, um der elektronischen
Steuerschaltung 260 ein Steuersignal 257 und eine
Leistungszufuhr 258 bereitzustellen. Die Leistungszufuhr 258 ermöglicht somit
eine autonome und mit eigener Energie versorgte Einheit. Wenn der
Motor-Generator als ein Generator arbeitet, wird der Stromausgang
von dem Steuersignal 257 gemessen. Daher ist der gemessene
Wert des Stroms proportional zu der Drehgeschwindigkeit des Rotors
und somit proportional zu der Eingangsrate der Steuerflächenschnittstelle. Die
elektronische Schaltung 258 verwendet daher das Steuersignal
in einer Weise einer Rückkopplung, um
für eine
Steuerung der Stromumkehr des Stators bei dem Motor 256 zu
sorgen, um das Dämpfungsdrehmomentprofil,
welches proportional zu der Drehgeschwindigkeit der Welle ist, zu
erzielen, wie es zum Beispiel in 4 dargestellt
ist. Dies wird im Allgemeinen durch die elektronische Schaltung 260 erzielt,
welche einen oder mehrere statische Leistungsschalter oder elektronische
Lastrelais enthält,
was Leistungsdioden, Leistungstransistoren, Thyristoren oder dergleichen
umfasst.
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Es
gibt mehrere Vorteile dieser bestimmten Ausführungsform. Erstens kann die
Steuerung der lokalen elektronischen Schaltung 260 bei
einer hohen Frequenz durchgeführt
werden, um eine schnelle Dämpfungskopplung
und eine schnelle Dämpfungsabkopplung
zu erzielen, was zu einer Kraftrückmeldungsfunktionalität einer
hohen Genauigkeit führt. Zweitens
muss das Verfahren zur Optimierung der Dämpfungsrate nicht manuell ausgeführt werden, wie
dies bei dem hydraulischen Dämpfer
der Fall ist. Stattdessen kann das Ausmaß der Dämpfung eingestellt werden,
während
das Flugzeug geflogen wird. Drittens können bestimmte Dämpfungswartungsprüfungen ausgeführt werden,
indem der Ausgangsstrom des Motor-Generators gemessen wird. Der
gemessene Wert ermöglicht
eine Bestimmung der Dämpfungsparameter.
Viertens beschränkt
oder begrenzt die elektronische Schaltung 260 auch das Dämpferausgangsdrehmoment 235,
so dass ein Überlastschutz
vorhanden ist.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Rotor 252 des
Motor-Generators mit
der Steuerflächenschnittstelle
durch mechanische Gestänge 211, 213 und
einen Getriebezug 256 verbunden. Bei dieser besonderen
Ausführungsform umfassen
die mechanischen Verbindungen eine Kurbelanordnung 262.
Die Kurbelanordnung 262, welche an der Eingangswelle des
Dämpfers
angebracht ist, weist scherbare Nieten 264 auf, welche
durch eine Kurbelnabe 266 verlaufen. Die scherbaren Nieten 264 sind
in der Lage, die Dämpferdrehmomente aufzunehmen.
Wenn jedoch eine Bewegung der Eingangswelle des Dämpfers die
Steuerfläche
belastet, erzeugt eine Eingangskraft eine hohe Belastungskonzentration
auf den scherbaren Nieten, 264, wodurch sie sich scheren
und wodurch dem Piloten ermöglicht
wird, das Steuersystem zu betreiben.
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Nun
mit Bezug auf 9 umfasst eine andere alternative
Ausführungsform
des variablen Widerstandsdämpfers
eine mechanische Bremse und genauer einen autonomen Zentrifugalreibungsbremsmechanismus 270.
Bei dieser besonderen vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Zentrifugalreibungsbremse
einen Rotor 272 mit einer sich zentrifugal erstreckenden
sich drehenden Masse 274 und einen Bremsklotz 276.
Der Rotor 272 ist durch mechanische Verbindungen und einen
Getriebezug mit der Steuerflächenschnittstelle
verbunden. Die Ausdehnung der Masse 274 wird im Allgemeinen
durch eine Drehgeschwindigkeit des Rotors und ein elastisches Elemente
(nicht dargestellt) zwischen dem Rotor und der Masse gesteuert.
Daher wird der Bremsklotz 276 gegen eine Trommel aus gehärtetem Stahl
gepresst, wobei für
ein Bremsdrehmoment für
den Rotor 272 gesorgt wird. Daher kann der anfängliche
Dämpfungsschwellenwert,
wie zum Beispiel in 4, durch die Vorlast auf das
elastische Element gesteuert werden. Wenn die Kraft der Vorlast überschritten wird,
erstreckt sich die Masse 274 dann zu der Trommel 278.
Darüber
hinaus kann eine Kennlinie des Drehmoments gegenüber der Drehgeschwindigkeit, zum
Beispiel auch wie in 4, gesteuert werden, indem der
mechanische Vorteil zwischen dem Bremsklotz 276 und der
sich drehenden Masse 274 eingestellt wird, wodurch das
Bremsdrehmoment eingestellt wird. Darüber hinaus können zusätzliche
Massen verwendet werden, um das Drehmoment zu steuern. Ein Getriebezug,
wie er vorab beschrieben ist, sorgt auch für eine erhöhte Rotorgeschwindigkeit. Ein
externer Rotor 271 wird dann mechanisch mit der Steuerflächenschnittstelle 202 verbunden.
Daher stellt der Zentrifugalreibungsmechanismus 270 vorteilhafter
Weise einen autonomen und mit eigener Energie versorgten variablen
Widerstandsdämpfer bereit.
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Obwohl
es bei den meisten Anwendungen vorteilhaft ist, einen autonomen
und mit eigener Energie versorgten variablen Widerstandsdämpfer bereitzustellen,
sind die hier dargestellten Prinzipien nicht notwendigerweise auf
autonome und mit eigener Energie versorgte Dämpfer beschränkt. Bezüglich eines
Wirbelstromdämpfers
können
die Statorwicklungen, welche von einer externen Leistungszufuhr
mit Energie versorgt werden, für
die beschriebenen Permanentmagnete ersetzt werden. Insbesondere
werden elektrisch betriebene Wirbelstrombremsvorrichtungen nach
dem Stand der Technik bei Motorkupplungen und Bremsen verwendet
und weisen elektrisch angeregte Statoren auf, welche durch eine
Schaltung gesteuert werden, um ein in dem Rotor entwickeltes Drehmoment
genau zu verändern. Bezüglich eines
variablen Widerstandsdämpfers
eines Motors kann die Elektronik und/oder die Anregung des Motors
durch eine externe Leistungszufuhr mit Energie versorgt werden.
In ähnlicher
Weise kann die von der Elektronik gesteuerte Anregung des Motors
gesteuert werden, um die Kennlinie des Drehmoments gegenüber der
Drehgeschwindigkeit derart zu verändern, wie es erforderlich
ist. Bezüglich
der mechanischen Bremse können
viele andere Typen von extern gesteuerten Bremsen, wie z.B. Scheibenbremsen,
Felgenbremsen und andere Trommelbremsen, entsprechend ersetzt werden.
Diese Beispiele und andere von variablen Widerstandsdämpfern, welche
nicht autonom und über
keine eigene Energieversorgung verfügen, können eingesetzt werden, ohne
von dem Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert
ist, abzuweichen.
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Viele
Veränderungen
und andere Ausführungsformen
der Erfindung, auf welche sich diese Erfindung bezieht, fallen dem
Fachmann ein, wobei der Vorteil der Lehren, welche in den vorab
stehenden Beschreibungen und den zugehörigen Zeichnungen dargelegt
sind, benutzt wird. Daher ist klar, dass die Erfindung nicht auf
die speziellen offenbarten Ausführungsformen
beschränkt
ist und dass Veränderungen
und andere Ausführungsformen
in dem Umfang der beigefügten
Ansprüche
enthalten sein sollen. Obwohl hier bestimmte Bezeichnungen verwendet
werden, werden sie nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinn
und nicht zum Zweck einer Beschränkung
verwendet.