DE69004891T2

DE69004891T2 - Programmierbares lineares Steuerungssystem für einen Hubschrauber.

Info

Publication number: DE69004891T2
Application number: DE90630139T
Authority: DE
Inventors: Ronald A Durno; Michael J Ferranti; Ari M Novis
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1989-08-14
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2010-08-15
Also published as: EP0413656A1; EP0413656B1; JPH03118296A; DE413656T1; US5076517A; DE69004891D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kollektivsteuersystem für einen Hubschrauber und insbesondere auf ein programmierbares Kollektivsteuersystem mit taktiler Rückführung und mit einem linearen, motorisierten Steuerknüppel.
Traditionelle Hubschrauberregelsysteme benutzten einen zyklischen Steuerknüppel zur Nick- und Rollsteuerung, Pedale zur Giersteuerung und einen Kollektivsteuerknüppel zur Auftriebssteuerung. Das im Besitz der Anmelderin befindliche US-Patent Nr. 4 420 808 (Diamond et al, 1983) beschreibt einen einzelnen, Mehrachsenseitenarmsteuerknüppel, der Steuersignale jeweils in der Blattverstell-, Roll-, Gier- und Kollektiv-/Auftriebsachse liefert und deshalb gestattet, daß ein Hubschrauber nur mit einer Hand geflogen werden kann. Der Mehrachsensteuerknüppel erkennt die Größe der Kraft, die in verschiedenen Achsen durch den Piloten ausgeübt wird, und liefert Signale, die eine Funktion dieser Kräfte sind. Der Steuerknüppel hat eine begrenzte Verlagerung, was notwendig ist, um eine Kopplung zwischen den Achsen aufgrund einer Handbewegung zu eliminieren.
Kollektivachsenaufgaben wie Erdoberflächen (nap-of-the-earth oder NOE)-Flugoperationen erzeugen Schwierigkeiten für Piloten, wenn diese nur einen Mehrachsensteuerknüppel benutzen, weil sie das Ausmaß der kollektiven (Auftriebs- )Eingabe nicht genau wahrnehmen können, ohne ihre Aufmerksamkeit auf die Cockpitanzeige zu lenken.
Das ebenfalls im Besitz der Anmelderin befindliche US-Patent Nr. 4 696 445 (Wright et al, 1987) beschreibt einen Kollektivsteuerknüppel der Verlagerungsbauart, welcher in Verbindung mit einem Krafttyp-Mehrachsenseitenarmsteuerknüppel benutzt wird, um dieses Problem zu lösen. Bei Wright et al "folgt" der Kollektivsteuerknüppel dem Mehrachsensteuerknüppel unter Verwendung einer Motor/Kupplung/Dämpfer/Feder-Anordnung, so daß ein Pilot die kollektive Blattverstellung des Rotors durch die Position des Kollektivsteuerknüppels bestimmt und den Rotorblatteinstellwinkel ändern kann, indem er entweder den Mehrachsensteuerknüppel oder den Kollektivsteuerknüppel benutzt. Das Signal aus dem Mehrachsensteuerknüppel steuert die kollektive Blattverstellung des Rotors, bis der Pilot den Kollektivsteuerknüppel erfaßt. Der Pilot erfaßt den Kollektivsteuerknüppel auf zwei Wegen: Drücken des Steuerknüppels entgegen seiner Trimmposition oder Niederdrücken eines Trimmauslöseschalters an dem Steuerknüppel. Ein Kupplungsmechanismus entkuppelt anschließend den Steuerknüppelantriebsmotor und gestattet dem Piloten, den Steuerknüppel zu bewegen, wobei dessen Verlagerung dann als das Kollektivblattverstellbefehlssignal benutzt wird.
Bekannte Kollektivsteuerknüppel, wie sie bei Wright beschrieben sind, sind an dem Boden des Flugzeuges schwenkbar befestigt und liefern ein Steuersignal, das die Winkelverlagerung angibt. Die Empfindlichkeit der Kollektivsteuerung ist von der Länge des Steuerknüppels abhängig. Infolgedessen hatten die bekannten Systeme lange Kollektivsteuerknüppel, die eine beträchtliche Pilotenbewegung verlangten, um das Flugzeug zu steuern, was zur Ermüdung des Piloten beitrug.
Wright et al schaffen eine taktile Rückführung der kollektiven Rotorblattverstellung zu dem Piloten, weil der Kollektivsteuerknüppel dem Mehrachsensteuerknüppel "folgt". Der Steuerknüppel nach Wright et al versorgt jedoch den Piloten nicht mit einer taktilen Rückführung über das Rotorbelastungserfordernis für Kollektivsteuerknüppelbefehle. Mit anderen Worten, der Pilot erhält keine Rückführung über die Größe der Beanspruchung, die er auf den Rotor aufgrund des Befehls ausübt, welchen er über den Kollektivsteuerknüppel gibt. Zum Beispiel, ein Pilot kann den Steuerknüppel sehr schnell über dessen volle Hublänge bewegen, was zur Folge hat, daß der Hubschrauber aufgrund des plötzlichen Bedarfs an einer großen Änderung im Energiezustand vorübergehend in den Strömungsabriß kommt. Ein Strömungsabriß ist für den Piloten unbequem und besonders unerwünscht, wenn dieser auf eine Notsituation reagiert, die ein schnelles Ansprechen verlangt, wie zum Beispiel die Entdeckung, daß ein Gegner dabei ist, eine Waffe auf ihn abzufeuern.
Dämpfungssysteme sind im Stand der Technik beschrieben, um dem Piloten zu helfen, Fehler wie die oben beschriebenen zu verhindern. Zum Beispiel, das US-Patent Nr. 4 545 322 (Yang, 1985) beschreibt eine mechanische Vorrichtung zum künstlichen Erzeugen eines Rücktriebs an einem Steuerknüppel. Das US-Patent Nr. 4 477 043 (Repperger, 1984) beschreibt ein mechanisches Dämpfungssystem, das gesteuert wird, indem ein Motor oder Stellantrieb benutzt wird, um die Federspannung einzustellen. Das US-Patent Nr. 4 236 685 (Kissel, 1980) beschreibt einen Flugzeuglenkmechanismus mit aktiver Kraftrückführung. Kissel beschreibt die Verwendung von diskreten Komponenten, um verschiedene dynamische Eingangssignale aus Flugzeugflugbedingungen zu lesen, diese Eingaben zu interpretieren und die Spannung an dem Flugsteuerknüppel unter Verwendung einer "Blattverstellgefühl"- Einheit zu steigern.
Es ist außerdem festgestellt worden, daß jeder Pilot einen anderen Widerstand oder ein anderes "Gefühl" in der Kollektivsteuerknüppelbewegung wünscht. Einige Piloten haben gern einen Steuerknüppel, der "auf Berührung anspricht", wogegen andere bevorzugen, daß der Steuerknüppel schwieriger zu bewegen ist. Die erwähnten bekannten Steuerknüppelsysteme haben arbeitsaufwendige Justierungen verlangt, um ihr "Gefühl" für Pilotenbefehle maßzuschneidern und dabei die Ermüdung der Piloten zu minimieren.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Kollektivsteuersystem für einen Hubschrauber zu schaffen, das eine taktile Rückführung zum Beispiel über die kollektive Blattverstellung liefert.
Ein weiteres Ziel ist es, ein Kollektivsteuersystem zu schaffen, daß für unterschiedliche Pilotenforderungen und Flugprofile programmierbar ist.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Kollektivsteuersystem zu schaffen, das eine Dämpfung bewirkt, um durch den Piloten hervorgerufene Oszillationen zu verhindern.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten motorisierten Kollektivsteuerknüppel für einen Hubschrauber zu schaffen, der leicht programmierbar ist, wodurch die Notwendigkeit von traditionellen Steuerknüppel- Kupplung/Dämpfer/Feder-Anordnungen eliminiert wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft diese ein Kollektivsteuersystem zum Bestimmen der kollektiven Blattverstellung des Rotors eines Hubschraubers, mit:
einem motorisierten Kollektivsteuerknüppel; und
einer Positionseinrichtung zum Liefern eines Positionssignals, das die Position des Kollektivsteuerknüppels angibt; gekennzeichnet durch
eine Krafteinrichtung zum Liefern eines Kraftsignals, das die Kraft angibt, die durch die Bedienungsperson auf den Kollektivsteuerknüppel ausgeübt wird;
eine Kollektivsignalverarbeitungseinrichtung, die auf das Kraftsignal anspricht, um ein Motortreibersignal zu liefern zum Positionieren des Kollektivsteuerknüppels, wo es durch die Bedienungsperson gewünscht wird, wie durch das Kraftsignal manifestiert; und
eine Reglereinrichtung, die auf das Positionssignal anspricht, um die kollektive Rotorblattverstellung zu steuern.
Gemäß einem weiteren Askept der Erfindung schafft diese ein Kollektivsteuersystem zum Bestimmen der kollektiven Blattverstellung des Rotors eines Hubschraubers, mit:
einem Mehrachsensteuerknüppel zum Liefern eines ersten Befehlssignals, das eine Sollkollektivblattverstellung angibt;
einem motorgetriebenen Kollektivsteuerknüppel zum Liefern eines zweiten Befehlssignals, das die Sollkollektivblattverstellung angibt; und
einer Positionseinrichtung zum Liefern eines Positionssignals, das die Position des motorgetriebenen Kollektivsteuerknüppels angibt; gekennzeichnet durch
eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Liefern eines Motortreibersignals aufgrund entweder des ersten Befehlssignals oder des zweiten Befehlssignals, um den motorgetriebenen Kollektivsteuerknüppel zu positionieren; und eine Reglereinrichtung, die auf das Positionssignal anspricht, um die kollektive Rotorblattverstellung zu steuern.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung sorgt für eine einfache Justierung zum Ändern des "Gefühls" des Kollektivsteuerknüppels für unterschiedliche Pilotenforderungen. Das kann unter Verwendung von Hardware (Potentiometern usw.), Software (Pilotenprofilscheibe usw.) oder durch den Flugregelcomputer erfolgen.
Die Erfindung hat einen kleinen operationellen Bereich, der hilft, eine Ermüdung des Piloten zu verhindern. Sie eliminiert einen Kupplungsmechanismus und schafft einen Zwangsantrieb des Kollektivsteuerknüppels ohne Schlupf. Er ist leichter, einfacher im Betrieb und hat weniger Verschleißteile als bekannte Systeme.
Die Erfindung hat eine kleinere Bewegungslänge und eine bessere Genauigkeit als bisherige Systeme, denn sie gestattet dem Steuerknüppel, seine operative Länge in einer Sekunde oder weniger zurückzulegen.
Die Erfindung erlaubt, die Dämpfung des Kollektivsteuerknüppels als eine Funktion der Steuerknüppelgeschwindigkeit, von Positionsgrenzen, der Rotorbelastung, der Umgebungsbedingungen, des Einsatzprofils, der Vertikalbeschleunigung, der Blattverstellgeschwindigkeit und vieler anderer Eingangssignale dynamisch zu justieren. Infolgedessen hilft die Erfindung, durch den Piloten verursachte Oszillationen zu verhindern, sie gewährleistet, daß das Triebwerk innerhalb seiner Beschleunigungskurve arbeitet, und sie verbessert die Flugzeugeffizienz. Außerdem kann die Erfindung laufend begrenzt werden, um für einen Motorschaltungsschutz zu sorgen.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Lichte der ausführlichen Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen derselben, die in den Zeichnungen dargestellt sind, deutlicher werden:

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines programmierbaren Kollektivsteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 2A, 2B sind ein logisches Flußdiagramm, das ein Programm veranschaulicht, welches in einem Speicher abgespeichert ist, zum Durchführen der Signalverarbeitung in der Ausführungsform nach Fig. 1.
Fig. 3 ist eine teilweise weggebrochene und teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht eines motorisierten Kollektivsteuerknüppels gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 1.
Fig. 5 ist eine teilweise weggebrochene und teilweise im Schnitt gezeigte perspektivische Ansicht gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Fig. 1, auf die nun Bezug genommen wird, hat ein motorisierter, verschiebbarer Kollektivsteuerknüppel 2 einen Griff 3, der auf einem Kollektivsteuerkasten 4 montiert ist, wie es mit Bezug auf die Fig. 3 - 5 im folgenden beschrieben wird. Die Position des Kollektivsteuerknüppels längs seiner Achse wird durch einen linearen, variablen Differenztransformator 6 (LVDT, ausführlicher in den Fig. 3 - 5 im folgenden gezeigt) in ein elektrisches Signal umgewandelt, der über eine Leitung 8 mit einem Signalprozessor 10 verbunden ist. Das Positionssignal (KOLLPOS) auf der Leitung 8 wird außerdem an eine Reglerschaltung 12 für einen elektrohydraulischen Stellantrieb 14 angelegt, der einen primären Stellantrieb 16 steuert, welcher eine Taumelscheibenbaugruppe 18 positioniert, um die kollektive Blattverstellung der Hubschrauberrotorblätter 20 zu bestimmen. Die Kraft, die durch den Piloten auf den Griff 3 ausgeübt wird, wird in ein elektrisches Signal (KOLLKRAFT) durch einen Kraftmeßwandler 22, zum Beispiel einen Dehnungsmeßstreifen, umgewandelt, und über eine Leitung 28 an den Signalprozessor 10 angelegt. Außerdem ist der Ausgang eines Wählschalters 26, welcher an dem Griff 3 angeordnet ist, über eine Leitung 24 mit dem Signalprozessor 10 verbunden.
Ein Mehrachsensteuerknüppel 30, wie er in Diamond et al beschrieben ist, liefert ein Kollektivkraftausgangssignal auf einer Leitung 32, das durch ein Flugregelcomputersystem 34 benutzt wird, um ein geeignetes Mehrachsensteuerknüppel- Kollektivsteuersignal (MULTISTK) zu liefern, das über eine Leitung 36 an den Signalprozessor 10 angelegt wird. Das Flugregelcomputersystem 34 tauscht außerdem Daten mit dem Signalprozessor 10 auf einem Datenbus 40 aus.
Der Signalprozessor 10 benutzt die Eingangssignale auf den Leitungen 8, 24, 28, 36, 40 und liefert ein Motorbefehl(MOTORBEFEHL)-Signal zu einer Motortreiberschaltung 42 über eine Leitung 44. Die Motortreiberschaltung 42 gibt ein Treibersignal über Leitungen 46 an einen Kollektivsteuerknüppelmotor 48 ab. Der Kollektivsteuerknüppelmotor 48 Positioniert den Griff 3 unter Verwendung einer Riemenscheibenanordnung (ausführlicher in den Fig. 3 - 5 im folgenden gezeigt). Mechanische Grenzschalter 52, die an dem Kollektivsteuerkasten 4 angeordnet sind, trennen das Motortreibersignal 46 von der Motortreiberschaltung 42, wenn der Griff 3 seine Bewegungsgrenzen erreicht.
Der Signalprozessor führt eine Anzahl von Berechnungen aus, um das Motorbefehlssignal zu liefern. (Diese Berechnungen sind in den Fig. 2A - B im folgenden beschrieben.) Variable in diesen Berechnungen sorgen für Flexibilität im Betrieb des Kollektivsteuerknüppels. Zum Beispiel, die Verstärkung des Signalprozessors liefert die Empfindlichkeit oder das "Gefühl" des Steuerknüppels. Eine höhere Verstärkung macht den Steuerknüppel für Pilotenbefehle empfindlicher, so daß kleine ausgeübte Kräfte zu großen Rotorkollektivblattverstelländerungen führen, wogegen eine geringere Verstärkung den entgegengesetzten Effekt hat. Die Variablen können durch Justierungen an Potentiometern 56 in einer externen Schaltungsanordnung erzeugt werden, welche Signale auf Leitungen 58 liefern.
Gemäß Fig. 2A, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine Motorbefehlsberechnungsroutine in dem Speicher eines Digitalsignalprozessors gespeichert und wird über einen Eintrittspunkt 60 erreicht. Eine "LADE PARAMETER"-Unterroutine 62 lädt variable Kollektivsteuersystemparameter in den Speicher zur Verwendung während zukünftiger Berechnungen. Die variablen PARAMETER werden aus einer Anzahl von Quellen geliefert, wie zum Beispiel durch die Analogsignale auf den Leitungen 58 in Fig. 1, oder die Digitalsignale, die durch das Flugregelcomputersystem 34 auf dein Datenbus 40 geliefert werden. Die PARAMETER beinhalten Variable, die für alle spezifischen Pilotenforderungen hinsichtlich der kollektiven Ansprechempfindlichkeit des Systems geliefert werden (zum Beispiel das "Gefühl" des Steuerknüppels kann auf diese Weise programmiert werden), und außerdem Variable, die benutzt werden, um eine Einstellung für dynamische Flugbedingungen vorzunehmen. Die "LADE PARAMETER"-Unterroutine 62 wird hier nicht im einzelnen gezeigt, es kann sich aber um eine von vielen im Stand der Technik bekannten Unterroutinen handeln, die die Eingangsvorrichtungen polt und die Ausgangsdaten aus jeder Vorrichtung im Speicher abspeichert, aus welchem sie bei zukünftigen Berechnungen wieder zurückgeholt werden.
Ein Schritt 64 definiert einen KRAFT-Parameter als das KOLLKRAFT-Signal, das durch die Leitung 28 in Fig. 1 geliefert wird, mal einer Verstärkung K1. Dieser Schritt liefert das "Gefühl" des Kollektivsteuerknüppels, weil unterschiedliche Werte von K1 eine unterschiedliche Ansprechempfindlichkeit des Steuerknüppels liefern. Danach definiert eine Unterroutine 66 einen KOLLGESCHWINDIGKEIT-Parameter als eine Verstärkung K2 mal dem Differential des KOLLPOS-Parameters, das auf der Leitung 8 von Fig. 1 geliefert wird. Die KOLLGESCHWINDIGKEIT-Unterroutine wird hier nicht im einzelnen gezeigt, es kann sich aber um irgendeines von einer Anzahl von Programmen handeln, die im Stand der Technik bekannt sind, zum Ableiten eines Parameters nach der Zeit. Ein Test 68 stellt fest, ob KRAFT geliefert wird oder nicht. Wenn ja, bestimmt ein Test 70 ihre Richtung. Wenn KRAFT in der Vorwärtsrichtung ist (VORWÄRTS), dann wird KRAFT neu definiert, indem ein Vorwärtstotband (VORWÄRTSTOTBAND) von KRAFT subtrahiert und dieser Wert mit einem Vorwärtsverstärkungsparameter (VORWÄRTSVERSTÄRKUNG) in einer Unterroutine 72 multipliziert wird. Wenn die Richtung von KRAFT nach hinten geht (RÜCKWÄRTS), dann definiert eine Unterroutine 74 KRAFT als KRAFT minus ein Rückwärtstotband (RÜCKWÄRTSTOTBAND) neu, multipliziert mit einem Rückwärtsverstärkungswert (RÜCKWÄRTSVERSTÄRKUNG). VORWÄRTSTOTBAND und RÜCKWÄRTSTOTBAND erzeugen ein Totband, welches Hubschrauberschwingungen und Geräusch aufgrund des Hervorrufens von äußeren Motorbefehlssignalen verhindert. VORWÄRTSVERSTÄRKUNG und RÜCKWÄRTSVERSTÄRKUNG sind Parameter, die gestatten, daß das Gefühl des Kollektivsteuerknüppels 2 für Vorwärts- und Rückwärtsbewegung unterschiedlich ist. Ein Test 76 stellt fest, ob KRAFT größer als das Totband ist (manifestiert durch die Tatsache, daß KRAFT an diesem Punkt eine negative Zahl sein wird, wenn KRAFT kleiner als RÜCKWÄRTSTOTBAND oder VORWÄRTSTOTBAND ist). Wenn das nicht der Fall ist, setzt ein Schritt 78 KRAFT gleich null, um jedweden Motorbefehl zu eliminieren. Wenn KRAFT größer als das Totband ist, bestimmt ein Test 80, ob der Pilot den Wählschalter 26 an dem Griff 3 erfaßt hat.
Ein negatives Ergebnis des Tests 80 zeigt, daß der Pilot den Wählschalter an dem Griff nicht erfaßt hat, und die Kraft, die auf den Griff ausgeübt wird, wird über der Zeit ein-/ausgeblendet, wie es in Schritten 82-104 im folgenden beschrieben ist. Ein bejahendes Ergebnis auf den Test 80 zeigt, daß der Pilot den Wählschalter erfaßt hat und deshalb nicht wünscht, daß die Kraft ein-/ausgeblendet wird, sondern daß vielmehr jedes Eingangssignal, das er in den Kollektivsteuerknüppel eingibt, sofort zur Kollektivsteuerung benutzt wird. Im Grunde heißt das, das Erfassen des Wählschalters macht den Kollektivsteuerknüppel mehr "berührungsempfindlich", weil die Steuerung nicht die Ein- /Ausfunktion ausführt. Der Wählschalter wird durch den Piloten unter Umständen benutzt, in welchen er ein augenblickliches Ansprechen aufgrund seiner Befehle über den Kollektivsteuerknüppel wünscht.
Wenn der Pilot den Kollektivsteuerknüppel benutzen möchte, ohne den Wählschalter zu erfassen, muß er genug Kraft auf den Griff ausüben, um zuerst einen Losbrechwert (LOSBRECHEN) zu überwinden, und dann diese Kraft über einem Schwellenwert (HALTEKRAFT) halten. Ein Test 82 stellt fest, ob KRAFT größer ist als HALTEKRAFT. Wenn dem so ist, bestimmt ein Test 84, ob ein Kollektivflag (welches anzeigt, daß der Losbrechwert zuvor überschritten worden ist) gesetzt worden ist. Ein negatives Ergebnis des Tests 84 führt zu einem Test 86, um festzustellen, ob KRAFT den Losbrechwert überschritten hat. Wenn dem so ist, wird das Kollektivflag in einem Schritt 88 gesetzt, und ein Schritt 90 inkrementiert einen SCHWUND-Parameter (ursprünglich auf null initialisiert) um einen inkrementellen Wert A. Ein Test 92 stellt dann fest, ob SCHWUND größer als ein Maximalwert ist, und, wenn dem so ist, setzt ein Schritt 96 SCHWUND gleich dem Maximalwert. In jedem Fall wird durch den 94 KRAFT als KRAFT mal SCHWUND neu definiert.
Wenn der Pilot weiterhin eine Kraft auf den Kollektivsteuerknüppel ausübt, die größer als LOSBRECHEN ist, vergrößert die Ein-/Ausblendroutine (Schritte 82 - 94) KRAFT als eine Funktion des inkrementellen Wertes A, bis SCHWUND der Maximalwert ist, wie er in dem Schritt 96 gesetzt worden ist. Der Kollektivsteuerknüppel bleibt als der kollektive Blattverstellregler erfaßt, bis der Pilot den Druck, den er auf den Griff ausübt, unter HALTEKRAFT verringert, die in dem Schritt 82 bestimmt wird. Wenn KRAFT unter HALTEKRAFT ist, wird durch einen Schritt 98 SCHWUND als SCHWUND minus einem inkrementellen B neu definiert. Ein Test 100 stellt dann fest, ob SCHWUND kleiner als null ist. Wenn das nicht der Fall ist, wird KRAFT neu definiert als KRAFT mal dem neuen SCHWUND-Wert in dem Schritt 94. KRAFT wird weiterhin als eine Funktion B ausgeblendet, bis der Test 100 feststellt, daß SCHWUND unter null dekrementiert worden ist. Ein Schritt 102 definiert dann SCHWUND als null neu, ein Schritt 104 löscht das Kollektivflag, und die Routine wird verlassen, wobei KRAFT auf null ausgeblendet worden ist.
Gemäß Fig. 2B, auf die nun Bezug genommen wird, stellt ein Test 106 fest, ob entweder der Wählschalter erfaßt worden ist (Antwort ja auf den Test 80) oder ob das Kollektivflag in dem Schritt 88 gesetzt worden ist. Ein bejahendes Ergebnis bedeutet, daß der Pilot den Kollektivsteuerknüppel ausgewählt hat, um die Rotorkollektivblattverstellung zu steuern, und KRAFT wird neu definiert als KRAFT minus dem KOLLGESCHWINDIGKEIT-Parameter, der in dem Schritt 66 bestimmt worden ist. Es hat sich gezeigt, daß der Kollektivsteuerknüppel eine Tendenz hat, von dem Piloten "wegzulaufen", wenn dieser Kraft auf den Griff ausübt. Die Subtraktion, die in dem Schritt 110 ausgeübt wird, verhindert, daß das passiert.
Ein Schritt 112 definiert einen Dämpfungsvervielfacherparameter W, der einen Wert hat, welcher zwischen Null und Eins variiert. Ein Schritt 114 definiert dann KRAFT neu als KRAFT mal W. W ist abhängig von KOLLGESCHWINDIGKEIT und einem DÄMPFUNG-Parameter. Die Gewinnung von DÄMPFUNG ist hier nicht explizit definiert, kann aber so programmiert sein, daß sie von irgendeiner Zahl von Faktoren abhängig ist, einschließlich spezifischen dynamischen Flugbedingungen (zum Beispiel der Rotorbelastung), dem Einsatzprofil und einer Pilotenpräferenz. Diese Faktoren manifestieren sich als Parameter, die im Speicher abgespeichert sind und durch den Flugregelcomputer 34 geliefert werden können. Zum Beispiel, es ist unerwünscht, Auftrieb durch den Hubschrauberrotor während eines reinen Drehmanövers zu bekommen. Um zu verhindern, daß der Pilot einen Kollektivauftriebsbefehl über den Kollektivsteuerknüppel 2 gibt, könnte die Fluglage des Hubschraubers durch einen Meßwandler der Kreiselbauart gemessen und in den Flugregelcomputer 34 gelesen werden, welcher den Signalprozessor 10 mit einem skalierten Wert (auf dem Datenbus 40) über das Ausmaß der Drehung, die der Hubschrauber ausführt, versorgen würde. Der Signalprozessor würde diesen Wert in seine Berechnung von DÄMPFUNG einbeziehen. Wenn DÄMPFUNG ein größerer Wert wird, wird W in dem Schritt 112 kleiner. KRAFT wird dann in dem Schritt 114 reduziert, und der Kollektivsteuerknüppel wird härter, wenn es nicht gar unmöglich wird, ihn zu bewegen. Es ist evident, daß eine Vielfalt von Parametern benutzt werden kann, um den Kollektivsteuerknüppel auf diese Weise zu dämpfen.
Wenn in dem Test 106 festgestellt worden ist, daß der Pilot den Kollektivsteuerknüppel nicht erfaßt hat, definiert der Schritt 108 KRAFT neu als ein Fehlersignal, das gleich dem Kollektivsteuersignal (MULTISTK, Leitung 36 in Fig. 2) ist, welches durch den Mehrachsensteuerknüppel 30 geliefert wird, minus dem Kollektivsteuerknüppelpositionssignal (KOLLPOS).
Ein Test 116 stellt fest, ob KRAFT gleich null ist. Wenn ja, springt die Routine zu einem Schritt 144. Wenn nein, bestimmt ein Test 118 die Richtung von KRAFT. Wenn der Pilot den Kollektivsteuerknüppel vorwärts schiebt, bestimmt ein Test 120, ob das Kollektivsteuerknüppelpositionssignal (KOLLPOS) einen oberen Grenzwert OB GW überschreitet. Wenn der Test 118 ergibt, daß der Pilot den Steuerknüppel in Richtung nach hinten zieht, stellt ein Test 122 fest, ob KOLLPOS einen unteren Grenzwert UT GW überschreitet. Wenn der Kollektivsteuerknüppel entweder in dem Test 120 oder in dem Test 122 jenseits seiner Grenzwerte ist, wird in einem Schritt 124 KRAFT als null neu definiert. Die Schritte 118 - 124 bilden deshalb eine Positionsgrenzwertroutine, durch die, wenn die Vorwärts- oder Rückwärtspositionsgrenzwerte überschritten werden, der Pilot in der Lage ist, mit dem Steuerknüppel in der entgegengesetzten Richtung des Grenzwertes, der überschritten worden ist, Befehle zu geben.
Schritte 126 - 142, die im folgenden beschrieben sind, bilden eine Maßnahme, um die Stromaufnahme des Kollektivsteuerknüppelmotors innerhalb sicherer Betriebsgrenzwerte zu halten. Das Motorstromsignal MOTORSTROM, das auf der Leitung 54 in Fig. 1 geliefert wird, wird mit einem Stromgrenzwertparameter STROMGW in einem Test 126 verglichen. Wenn MOTORSTROM STROMGW übersteigt, wird ein KRAFTGW-Parameter (ursprünglich auf MAXKRAFT initialisiert) um einen Wert D in einem Schritt 128 dekrementiert. Ein Test 130 stellt fest, ob KRAFTGW negativ ist. Wenn KRAFTGW negativ ist, setzt ihn ein Schritt 132 gleich 0. Wenn nicht, stellt ein Test 134 fest, ob KRAFT größer als KRAFTGW ist. Wenn die Antwort im Test 134 ja lautet, wird KRAFT gleich KRAFTGW in einem Schritt 136 gesetzt. Wenn KRAFT nicht größer als KRAFTGW in dem Test 134 ist, bleibt sie ungeändert. Wenn der Kollektivsteuerknüppelantriebsmotor zu viel Strom aufnimmt, wird deshalb das Motorbefehlssignal (in dem Programm als KRAFT manifestiert) als eine Funktion von D ausgeblendet, bis das Problem nicht mehr vorhanden ist.
Wenn der Schritt 126 anschließend feststellt, daß MOTORSTROM unter STROMGW ist, inkrementiert ein Schritt 138 KRAFTGW um einen Wert C. Ein Schritt 140 stellt dann fest, ob KRAFTGW größer als MAXKRAFT ist. MAXKRAFT ist der Maximalwert des Motortreiberbefehls (KRAFT), der die Motorstromaufnahme (MOTORSTROM) unter dem sicheren Betriebswert (STROMGW) halten wird. Wenn KRAFTGW größer als MAXKRAFT ist, setzt ein Schritt 142 KRAFTGW gleich MAXKRAFT. Wenn nicht, bleibt KRAFTGW ungeändert, und der Test 134 vergleicht KRAFT mit KRAFTGW. Deshalb blenden die Schritte 138 - 142 KRAFT als eine Funktion von C ein, nachdem festgestellt worden ist, daß der Motor nicht länger zu viel Strom aufnimmt.
Ein Schritt 144 definiert MOTORBEFEHL (geliefert auf der Leitung 44 in Fig. 1) als gleich KRAFT, und die Motorbefehlsroutine wird in einem Punkt 146 verlassen.
Die Erfindung ist zwar anhand eines Softwareflußdiagramms gezeigt worden, sie kann jedoch mit zweckgebundener digitaler oder analoger Hardware realisiert werden Tatsächlich ist die Erfindung nur in Form von Softwarealgorithmen realisiert worden, wie zum Beispiel denjenigen, die in den US-Patenten 4 270 168 und 4 564 908 beschrieben sind, die hierin durch Bezugnahme hiermit aufgenommen werden. Die Äquivalenz zwischen zweckgebundener oder analoger digitaler Hardware und Software ist (in einem anderen Zusammenhang) in dem US-Patent 4 294 162 dargestellt.
Gemäß Fig. 3, auf die nun Bezug genommen wird, ist ein Griff 3 auf einem Lagerblock 150 befestigt, der zwei Bohrungen hat, die mit Lagern ausgekleidet sind, welche ein Paar Achsen 152, die an Trägern 154 montiert und an dem Kollektivsteuerkasten 4 befestigt sind, aufnehmen und auf denselben laufen. Der Lagerblock 150 wird längs der Achsen 152 durch einen Antriebszahnriemen 156 angetrieben, der an dem Lagerblock mit einem Träger 158 und Schrauben 160 befestigt ist. Der Treibriemen 156 läuft auf drei Zahnriemenscheiben 162 - 166. Die Motor 48 treibt eine Riemenscheibe 166 mit einer Riemen-Riemenscheiben-Anordnung an, wie es in Fig. 4 gezeigt und im folgenden beschrieben ist. Der Motor 48 empfängt Befehlssignale auf Eingangsleitungen 168. Die Riemenscheiben 162 - 166 haben verzahnte Naben 170, die mit einem Treibriemen 172 kämmen. Der Kern des LVDT 6 ist an einer Stange 174 befestigt, die an dem Riemen 172 durch eine Klammer 176 und eine Mutter 178 befestigt ist. Der LVDT 6 ist an dem Steuerkasten 4 durch einen Träger 180 befestigt.
Gemäß Fig. 4, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine Zahnriemenscheibe 182 auf der Welle des Antriebsmotors 48 befestigt und treibt eine Zahnriemenscheibe 184 unter Verwendung eines Riemens 186 an. Die Riemenscheibe 184 ist an der Riemenscheibe 166 über eine Welle (nicht sichtbar), welche in einer Trommel 188 angeordnet ist, verbindbar befestigt. Der Motor und die Riemenscheiben, die vorstehend beschrieben sind, sind auf Trägern 190, 192 befestigt, welche ihrerseits an dem Steuerkasten 4 befestigt sind.
In Fig. 5, auf die nun Bezug genommen wird, ist der Motor 48 verbunden mit einer Riemenscheibe 182 gezeigt, welche einen Riemen 186 antreibt, um eine Riemenscheibe 184 zu drehen, welche mit der Riemenscheibe 166 verbunden ist, die den Riemen 156 um die Riemenscheibe 162 antreibt. Der Lineardifferentialtransformator 6 ist an dem Träger 180 befestigt. Träger 190, 192 halten alle vorgenannten Teile in dem Steuerkasten 4 in ihrer Lage fest.

Claims

1. Kollektivsteuersystem zum Bestimmen der kollektiven Blattverstellung des Rotors (20) eines Hubschraubers, mit:

einem motorisierten Kollektivsteuerknüppel (2); und

einer Positionseinrichtung (6) zum Liefern eines Positionssignals, das die Position des Kollektivsteuerknüppels (2) angibt; gekennzeichnet durch

eine Kraftgebereinrichtung (22) zum Liefern eines Kraftsignals (28), das die Kraft angibt, die durch die Bedienungsperson auf den Kollektivsteuerknüppel (2) ausgeübt wird;

eine Kollektivsignalverarbeitungseinrichtung (10), die auf das Kraftsignal (28) anspricht, um ein Motortreibersignal (44) zu liefern zum Positionieren des Kollektivsteuerknüppels (2), wo es durch die Bedienungsperson gewünscht wird, wie durch das Kraftsignal (28) manifestiert; und eine Reglereinrichtung (12), die auf das Positionssignal (8) anspricht, um die kollektive Rotorblattverstellung zu steuern.

2. Kollektivsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (10) auf die Änderungsgeschwindigkeit des Positionssignals anspricht, um das Motortreibersignal als eine direkte Funktion der Größe der Änderungsgeschwindigkeit des Positionssignals zu dämpfen.

3. Kollektivsteuersystem zum Bestimmen der kollektiven Blattverstellung des Rotors (20) eines Hubschraubers, mit:

einem Mehrachsensteuerknüppel (30) zum Liefern eines ersten Befehlssignals (36), das eine Sollkollektivblattverstellung angibt;

einem motorgetriebenen Kollektivsteuerknüppel (2) zum Liefern eines zweiten Befehlssignals (8), das die Sollkollektivblattverstellung angibt; und

einer Positionseinrichtung (6) zum Liefern eines Positionssignals (8), das die Position des motorgetriebenen Kollektivsteuerknüppels (2) angibt; gekennzeichnet durch

eine Signalverarbeitungseinrichtung (10) zum Liefern eines Motortreibersignals (44) aufgrund entweder des ersten Befehlssignals (36) oder des zweiten Befehlssignals (8), um den motorgetriebenen Kollektivsteuerknüppel (2) zu positionieren; und

eine Reglereinrichtung (12), die auf das Positionssignal (8) anspricht, um die kollektive Rotorblattverstellung zu steuern.

4. Kollektivsteuersystem nach Anspruch 3, weiter gekennzeichnet durch:

eine Kraftgebereinrichtung (22) zum Liefern eines Kraftsignals (28), das die Kraft angibt, die durch die Bedienungsperson auf den Kollektivsteuerknüppel (2) ausgeübt wird; und

wobei das zweite Befehlssignal das Kraftsignal angibt.

5. Kollektivsteuersystem nach Anspruch 3, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (10) auf die Änderungsgeschwindigkeit des Positionssignals anspricht, um das Motortreibersignal als eine direkte Funktion der Größe der Änderungsgeschwindigkeit des Positionssignals zu dämpfen.

6. Kollektivsteuersystem nach Anspruch 3, weiter mit einer Schaltereinrichtung (26), die durch die Bedienungsperson erfaßbar ist, um der Signalverarbeitungseinrichtung (10) zu befehlen, auf das zweite Befehlssignal anzusprechen.

7. Kollektivsteuersystem nach Anspruch 1, weiter mit:

einer Flugregelcomputereinrichtung (34), die auf einen dynamischen Flugzustand des Hubschraubers anspricht, um einen Signalparameter zu liefern, der den Flugzustand angibt; und

wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (10) eine Einrichtung aufweist zum Einstellen des Motortreibersignals (44) aufgrund des Signalparameters.

8. Kollektivsteuersystem nach Anspruch 7, weiter mit:

einer Dreheinrichtung zum Liefern eines Drehgeschwindigkeitssignals, das die Änderung in der Drehlage des Hubschraubers angibt; und

wobei die Flugregelcomputereinrichtung (34) den Signalparameter liefert, der das Drehgeschwindigkeitssignal angibt.

9. Kollektivsteuersystem nach Anspruch 1, weiter mit:

einer Stromerfassungseinrichtung (42) zum Liefern eines Stromsignals (54), das die Stärke des Stroms angibt, der durch den motorisierten Steuerknüppel (2) aufgenommen wird; und

einer Strombegrenzungseinrichtung (126), die auf das Stromsignal anspricht, um das Motortreibersignal zu dämpfen.

10. Kollektivsteuersystem nach Anspruch 1, weiter mit:

einer Positionsbegrenzungseinrichtung (52), die auf das Positionssignal anspricht, um das Motortreibersignal zu dämpfen.

11. Kollektivsteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, insbesondere für einen Hubschrauber, wobei der motorisierte oder motorgetriebene Kollektivsteuerknüppel (2) eine Lagereinrichtung (150) aufweist, die an einem Ende des Steuerknüppels verbindbar befestigt ist, um eine glatte Gleitfläche zu bilden;

eine Stangeneinrichtung (152), die in bezug auf den Hubschrauberrahmen stationär bleibt, zum verschiebbaren Erfassen der Lagereinrichtung (150); und

eine Antriebseinrichtung (48) zum Antreiben der Lagereinrichtung (150) längs der Stangeneinrichtung (152).

12. Kollektivsteuersystem nach Anspruch 11, wobei die Antriebseinrichtung aufweist:

einen Antriebsmotor (48), der eine Ausgangswelle hat;

eine erste Riemenscheibe (166), die an der Ausgangswelle verbindbar befestigt ist;

wenigstens eine andere Riemenscheibe (162) ; und

einen Treibriemen (156), der mit den Riemenscheiben (166; 162) in Eingriff ist und an der Lagereinrichtung (150) verbindbar befestigt ist, zum Antreiben der Lagereinrichtung längs der Stangeneinrichtung (152).