DE69024924T2

DE69024924T2 - Gassteuerungssystem mit in Echtzeit gerechnetem Schub in Abhängigkeit von der Gassteuerungsposition

Info

Publication number: DE69024924T2
Application number: DE69024924T
Authority: DE
Inventors: Brian L Deluca
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1989-12-04
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2010-10-27
Also published as: EP0431655A3; EP0431655B1; DE69024924D1; EP0431655A2; US5029778A

Description

Querverweis auf eine verwandte Anmeldung

Diese Anmeldung ist eine teilweise Fortsetzung (continuationin-part) der Anmeldung mit der laufenden Nummer 07/405 810, eingereicht am 11. September 1989, die betitelt ist "Drosselsteuer- bzw. -regelsystem, das eine manuelle und automatische Betriebsweise hat".

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drosselsteuer- bzw. -regelsystem für ein Flugzeug, und mehr im besonderen ein mit digitaler Schnittstelle versehenes Fliege-durch-Draht- oder Fliege-durch-Licht-Drosselsteuer- bzw. -regelsystem, welches eine erste Betriebsweise zum Vorsehen einer manuellen Steuerung bzw. Regelung der Triebwerksausgangsleistung und eine zweite Betriebsweise zum Vorsehen einer automatischen Steuerung bzw. Regelung der Triebwerksausgangsleistung hat.

Hintergrund der Erfindung

Die meisten konventionellen Flugzeugtriebwerksdrosselsteuer- bzw. -regelsysteme regulieren die Triebwerksausgangsleistung mittels eines Drosselhebels, welcher manuell durch den Piloten positioniert wird. Die betätigte Position des Drosselhebels wird mechanisch zu dem Flugzeugtriebwerk über eine Anzahl von Nocken, Zahnrädern, Seilscheiben und Kabeln übertragen, um die Triebwerksausgangsleistung zu regulieren. Einige Flugzeuge haben Autodrosselsteuer- bzw. -regelsysteme, welche die Triebwerksausgangsleistung einstellen, um zum Beispiel eine gewählte Eigengeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Während des Autodrosselbetriebs wird der Drosselhebel durch die Autodrosselsteuer- bzw. -regeleinrichtung anstatt durch den Piloten repositioniert, so daß (i) die Position des Drosselhebels (zum Beispiel der Drosselhebelwinkel) mechanisch zu dem Triebwerk übertragen wird und (ii) der Drosselhebelwinkel mit der gegenwärtigen Ausgangsleistung des Triebwerks übereinstimmend ist. Während eines solchen Autodrosselbetriebs liefert der Drosselhebelwinkel eine Rückmeldung an den Piloten, was die Ausgangsleistung des Triebwerks anbetrifft. Der Autodrosselbetrieb wird oft in einer separaten Steuertafel im Cockpit eingeleitet.
Aus EP-A-0 198 751 ist ein Triebwerksdrosselsteuer- bzw. -regelsystem bekannt, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.
Nachteile von diesen konventionellen Drosselsteuer- bzw. -regelsystemen umfassen sowohl ihre mechanische Kompliziertheit als auch ihr hohes Gewicht, welche beide die anfängliche Herstellung, Installation und die nachfolgende Wartung nachteilig beeinflussen. Weiterhin werden der Autodrosselbetrieb und die Betriebsartenwahl oft von einer separaten Steuertafel im Cockpit eingeleitet, was etwas von ihrem Vorteil wegnimmt.
Es ist daher wünschenswert, ein Drosselsteuer- bzw. -regelsystern zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile von konventionellen Drosselsteuer- bzw. -regelsystemen überwindet.

Abriß der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drosselsteuer- bzw. -regeleinrichtung für ein Flugzeugtriebwerk und ist gekennzeichnet durch die Merkmale, wie sie in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben sind.
Die Drosselsteuer- bzw. -regeleinrichtung umfaßt außerdem Mittel, welche auf das abgefühlte Positionssignal ansprechen, zum Erzeugen eines Steuer- bzw. Regelsignals für das Steuern bzw. Regeln eines Ausgangsleistungsniveaus des Triebwerks in Abhängigkeit von der Drosselhebelposition. Das Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel umfaßt Mittel zum Erzeugen des Steuer- bzw. Regelsignals in einer Art und Weise (i) derart, daß die zwischenliegenden Drosselhebelpositionen zwischen der ersten Position und der zweiten Position einen ersten Bereich von Triebwerksausgangsleistungsniveaus wählen, und (ii) derart, daß eine Bezugsposition der Drossel zwischen der ersten Drosselposition und der zweiten Drosselposition eine Betriebsart des Triebwerksbetriebs wählt, in welcher das Triebwerksausgangsleistungsniveau auf einem gewählten Niveau gehalten wird. Das Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel umfaßt außerdem Mittel, welche auf das abgefühlte Positionssignal des Drosselhebels in der Bezugsposition ansprechen, zum Erzeugen von Steuer- bzw. Regelsignalen für das Wählen eines zweiten Bereichs von Triebwerksausgangsleistungsniveaus, (i) welcher den zwischenliegenden Drosselhebelpositionen entspricht, und (ii) welcher den ersten Bereich von Triebwerksausgangsleistungsniveaus ersetzt. Die Steuer- bzw. Regelsignale werden in einer solchen Art und Weise erzeugt, daß, wenn der Drosselhebel aus der Bezugsposition zu den zwischenliegenden Drosselhebelpositionen bewegt wird, der zweite Bereich von Triebwerksausgangsleistungsniveaus gewählt wird.
Andere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird in größerem Detail durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild des Drosselsteuerbzw. -regelsystems der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Drosselhebels ist, welcher einen Teil des Drosselsteuer- bzw. -regelsystems bildet;
Fig. 3 und 4 Ablaufdiagramme sind, welche den Betrieb des Drosselsteuer- bzw. -regelsystems beschreiben;
Fig. 5 eine exemplarische Kurvendarstellung des Triebwerksschubs in Abhängigkeit von der Drosselhebelposition (TLA) für ein konventionelles Drosselsystem ist;
Fig. 6 eine exemplarische Kurvendarstellung mit "gefachter Skala" des Triebwerksschubs in Abhängigkeit von der TLA für das Drosselsystem der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 7 eine exemplarische Kurvendarstellung mit "gefachter Skala" des Triebwerksschubs gegen die TLA während Leerlauf und Start für das Drosselsystem der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 8 eine exemplarische Kurvendarstellung mit "gefachter Skala" des Triebwerksschubs gegen die TLA während des ausklingenden Steigflugs und des Übergehens in den Horizontalflug für das Drosselsystem der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 9 eine exemplarische graphische Darstellung in "gefachter Skala" der Triebwerksschub-gegen-TLA-Kurve (126) für das Drosselsystem der vorliegenden Erfindung ist, worin eine zweite Schub-gegen-TLA-Kurve (130) dargestellt ist, welche dazu erforderlich ist, eine kleine Eigengeschwindigkeitserhöhung während des Horizontalflugs aufrechtzuerhalten;
Fig. 10 eine exemplarische Kurvendarstellung des Schubs (y) gegen die Drosselposition (x) ist.

Detaillierte Beschreibung

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, wo eine exemplarische Ausführungsform des Drosselsteuer- bzw. -regelsystems der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Das System umfaßt eine mit 20 bezeichnete Betriebsartensteuertafel (MCP), die einen Geschwindigkeitshalte/Schubhalte-Betriebsartenwählknopf 22 und einen Flugplaneinrückknopf 24 aufweist. Die MCP 20 weist außerdem einen Knopf 28 zum manuellen Wählen einer gewünschten Eigengeschwindigkeit oder Machzahl in einem Fenster 30 sowie einen Mach-/Eigengeschwindigkeitsfunktions-Wählknopf 31 auf. Um zusätzliche Betriebsweisen zu wählen oder die Ausgangsleistung eines Flugzeugtriebwerks 34 manuell zu steuern bzw. regeln ist ein mit 36 bezeichneter Drosselstand vorgesehen, der einen Hebel 38 hat.
Wie deutlicher in Fig. 2 gezeigt ist, weist das Drosselsteuer- bzw. -regelsystem den bewegbaren Hebel 38 auf, welcher zwischen einer Anzahl von konventionellen Positionen, wie einer durch eine Zahl 40 identifizierten Maximalschubposition, einer Start- und Steigflugposition 42, einer Leerlaufposition 44, einer Position 45 des Umkehrschubs bei Leerlaufleistung und einer Maximalumkehrschubposition 46 schaltet. Der Drosselhebel weist eine Position 48 für Halten auf, welche angenähert in der Mitte zwischen der Leerlaufposition 44 und der Start- und Steigflugposition 42 ist. In der vorliegenden Erfindung sind die Positionen 40, 42, 44, 45 und 48 auch Betriebsartenwähler. Zum Beispiel wird, wenn die Drossel zur Position 40 bewegt wird, ein vorprogrammierter Maximalschubwert in einer konventionellen Art und Weise zum Steuern bzw. Regeln der Triebwerksausgangsleistung benutzt. In entsprechender Weise werden, wenn die Drossel zu den Positionen 42, 44 oder 45 bewegt wird, vorprogrammierte Wert für Start- und Steigflug-, Leerlauf- oder Umkehrschub bei Leerlauf zur Steuerung bzw. Regelung des Triebwerksbetriebs herausgeholt. Außerdem wählt die Position 42 Start- oder Steigflugschubniveaus, welche Nennleistungsniveaus oder abgedrosselte Niveaus sein können, die von anderen Avioniksystemen an Bord des Flugzeugs in einer konventionellen Art und Weise erhalten werden. In jeder Position 50 ist eine Feststellvorrichtung bzw. einrückbare Arretierung vorhanden, welche den Drosselhebel hält, bis er von dem Piloten bewegt wird. Im vorliegenden Zusammenhang wird ein Winkel, der in einem Gegenuhrzeigersinn zwischen einer imaginären, durch eine Zahl 52 (Fig. 2) identifizierten horizontalen Linie und der durch die Zahl 53 identifizierten Längsachse des Drosselhebels eingeschlossen wird, als der Drosselhebelwinkel (TLA) bezeichnet.
In der vorliegenden Erfindung wird, wenn der Drosselhebel nicht in der Position 48 für Halten ist, der Triebwerksbetrieb auf eine Schub-gegen-TLA-Betriebsart vorgegeben, und der Schub ist eine direkte Funktion des Drosselhebelwinkels. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung weist einen weiteren Geschwindigkeitshalte-/Schubhalte-Wählknopf 54 (Fig. 1) auf, welcher sich vorteilhafterweise auf dem Drosselstand 36 befinden kann. Dieser Knopf 54 ist funktionell identisch mit dem Geschwindigkeitshalte-/Schubhalte-Wählknopf 22, der sich auf der MCP befindet. Ganz gleich, welcher dieser Knöpfe 22 oder 54 aktiviert wird, der letzte hat Priorität.
Wenn die Geschwindigkeitshaltebetriebsart mittels des Knopfs 54 oder 22 gewählt wird und der Drosselhebel in der Position 48 (Halten) ist, wird der Flugzeugschub automatisch so gesteuert bzw. geregelt, daß eine gewählte Eigengeschwindigkeit oder Machzahl in der folgenden aufeinanderfolgenden Reihenfolge aufrechterhalten wird: (i) Flugplangeschwindigkeit oder -machzahl, wenn sie von dem Flugzeug-Fluglenkungscomputer verfügbar und über den MCP-Knopf 24 eingerückt ist, (ii) Geschwindigkeit oder Machzahl, die im MCP-Fenster 30 eingestellt ist, wenn sie über den Knopf 22 eingerückt ist, und (iii) wenn weder (i) noch (ii) aufgrund eines Verlusts des Signals verfügbar ist, die gegenwärtige Flugzeugeigengeschwindigkeit oder -machzahl, die in dem Augenblick des Verlusts von (i) oder (ii) existiert. Spezieller wird, wenn der Ausfall auftritt, die Flugzeugeigengeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Ausfalls aus einem konventionellen Luftdatencomputer 64 (Fig. 1) herausgeholt. Unter Verwendung einer konventionellen Fehlerschleife wird die Triebwerksausgangsleistung so eingestellt, daß sie diese Eigengeschwindigkeit hält, bis die Drossel aus der Feststellvorrichtung für Halten bewegt oder bis der Ausfall korrigiert wird.
Wenn die Drossel um einen gewählten Winkel (aus Halten) vorwärts- oder rückwärtsbewegt wird, wird die Flugzeugeigengeschwindigkeit aufgrund einer Schubänderung, welche der Änderung in dem TLA proportional ist, erhöht oder vermindert. Um dem Piloten beim Identifizieren der Geschwindigkeits- und Schubänderungen, die der Änderung im TLA entsprechen, zu helfen, kann die befehligte Geschwindigkeit und der befehligte Schub durch "Marken" oder Zeiger (nicht gezeigt) auf dem Eigengeschwindigkeitsanzeiger bzw. dem Schubanzeiger des Piloten angezeigt werden. Auf diese Art und Weise kann der Pilot den TLA zum Erreichen der gewünschten Eigengeschwindigkeitsänderung einstellen.
Obwohl er nicht ein Teil der vorliegenden Erfindung ist, weisen viele moderne kommerzielle Flugzeuge, wie die Boeing 757/767 einen durch eine Zahl 60 in Fig. 1 identifizierten Fluglenkungscomputer (FMC) auf. Die FMC-Software enthält die notwendigen navigatorischen Wegpunkte, Eigengeschwindigkeiten, Schubeinstellungen und Höhen zum Steuern bzw. Regeln des Flugs des Flugzeugs vom Start bis zum Landeanflug. Wenn der Flugplanknopf 24 eingerückt ist, um den Flug des Flugzeugs zu steuern bzw. regeln, ist eine der Datenausgangsqrößen aus dem FMC 60 entweder eine befohlene Eigengeschwindigkeit, befohlene Machzahl oder ein befohlener Schub (abhängig davon, ob das FMC-Programm einen befohlenen Schub oder eine befohlene Eigengeschwindigkeit/Machzahl zum Steuern bzw. Regeln der Triebwerksausgangsleistung während jener Teilstrecke des Flugs angefordert hat).
Um diese Aufgaben zu erfüllen, umfaßt die vorliegende Erfindung einen eindeutigen Prioritätsleiter bzw. -manager, der durch einen Steuer- bzw. Regelblock 66 (Fig. 1) dargestellt ist. Der Prioritätsmanager ist eine auf einen Mikroprozessor basierende Steuer- bzw. Regeleinrichtung, welche gemäß dem in Fig. 3 angegebenen Ablaufdiagramm arbeitet. Spezieller bestimmt der Prioritätsmanager 66, ob eine Signalausgangsgröße von einem konventionellen Positionssensor (nicht gezeigt), der mit dem Drosselhebel verbunden ist, vorhanden ist (Entscheidungsblock 70). Wenn kein Signal detektiert wird, dann wird ein Defektwarnsignal auf einer Flugdecksichtwiedergabetafel (nicht gezeigt) angezeigt. Wenn ein Signal detektiert wird, dann wird jedoch eine Bestimmung durchgeführt, ob der Drosselhebel in der Halteposition ist (Entscheidungsblock 72). Wenn der Drosselhebel nicht in der Halteposition ist, dann wird der Flugzeugschub in Abhängigkeit von dem TLA reguliert (Ablaufblock 73), und zwar unabhängig von den Positionen der Geschwindigkeits-/Schub-Wählknöpfe 54 oder 22.
Wenn der Drosselhebel in der Halteposition ist, dann wird die Position der Geschwindigkeits-/Schubknöpfe 54 oder 22 bestimmt (Entscheidungsblock 74). In dem Fall, in welchem die Schubhaltesteuer- bzw. -regelbetriebsart gewählt worden ist, wird dann die Triebwerksausgangsleistung so eingestellt, daß der Triebwerksschub, der erzeugt wurde, als der Drosselhebel in Halten plaziert wurde, gehalten wird (Ablaufblock 75). Wenn der Drosselhebel in der Halteposition ist und die Position des Knopfs 54 oder 22 vom Geschwindigkeitshalten zum Schubhalten geändert wird, dann wird der Schub auf dem Niveau gehalten, das vorhanden war, als eine solche Schalterwahl ausgeführt wurde. Umgekehrt wird, wenn die Geschwindigkeitshaltesteuer- bzw. -regelbetriebsart gewählt worden ist (der Drosselhebel ist im Halten und mit den Knöpfen 54 und 22 ist Geschwindigkeitshalten gewählt worden), dann wird der Schub moduliert, um die Geschwindigkeit (oder Machzahl), welche existierte, als jene Aufgaben bewerkstelligt wurden, aufrechtzuerhalten.
Weiterhin wird in dem Fall, daß entweder i) die Geschwindigkeitshaltebetriebsart gewählt wird, wenn der Drosselhebel in der Halteposition ist (im Entscheidungsblock 74), oder ii) kein Signalausgang von dem Drosselhebel vorhanden ist (im Entscheidungsblock 70), dann eine Bestimmung vorgenommen (Entscheidungsblock 76), ob die Flugplanbetriebsart an der Betriebsartensteuertafel gewählt worden ist. Wenn der Flugplanknopf 24 auf der MCP gewählt worden ist, dann wird eine Bestimmung durchgeführt (Entscheidungsblock 78), ob die FMC- Flugplandaten gültig sind. Diese Bestimmung wird durch ein separates System durchgeführt, welches kein Teil der vorliegenden Erfindung ist.
Wenn einmal bestimmt worden ist, daß die Flugplandaten gültig sind, dann wird eine konventionelle eingebaute Selbstprüfung des FMC ausgeführt, um sicherzustellen, daß der FMC richtig arbeitet (Entscheidungsblock 80). Wenn die Selbstprüfung zufriedenstellend ist, dann wird der programmierte Eigengeschwindigkeits-, Machzahl- oder Schubbefehl, der der gegenwärtigen Flugteilstrecke des Flugzeugs entspricht, aus dem FMC erhalten (Ablaufblock 81). Dieser Eigengeschwindigkeits-, Machzahl- oder Schubbefehl wird mit der gegenwärtigen Eigengeschwindigkeit, Machzahl (erhalten aus dem Luftdatencomputer 64) oder dem gegenwärtigen Triebwerksschub verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Dieses Fehlersignal wird einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung (nicht gezeigt) auf bzw. in dem Triebwerk zugeführt, welche den Betrieb des Triebwerks in einer konventionellen Art und Weise steuert bzw. regelt (Ablaufblock 82 in Fig. 4). Weitere Beschreibungen der navigatonschen Betriebsarten in dem FMC werden in dem "Flugzeugnavigationssysteme und Verfahren zum Erzeugen von navigatorischen Führungsstellen" betitelten US-Patent Nr. 4 692 869 und dem "Navigatorische Einrichtung und Verfahren zum Anzeigen der Flugzeugposition mit Bezug auf ein vertikales Flugwegprofil" betitelten US-Patent Nr. 4 792 906 geliefert, welche beide der Zessionarin der vorliegenden Erfindung zugeeignet sind.
In dem Fall, in welchem die Flugplanbetriebsart an der Betriebsartensteuertafel nicht gewählt worden ist (Entscheidungsblock 76 in Fig. 3), wird eine Bestimmung durchgeführt, ob die Betriebsartensteuertafel einen gültigen Geschwindigkeits-/Machzahlbefehl erzeugt (Entscheidungsblock 84 in Fig. 4). Dieses wird bewerkstelligt durch Vergleichen des erzeugten Geschwindigkeits-/Machzahlbefehls mit hergestellten Parametern in einer konventionellen Art und Weise. Wenn bestimmt wird, daß der Geschwindigkeitsbefehl gültig ist, dann wird die Triebwerksausgangsleistung so eingestellt, daß die im MCP- Fenster 30 gewählte Geschwindigkeit/Machzahl gehalten wird (Ablaufblock 85).
Andererseits wird, wenn der Geschwindigkeitsbefehl von der MCP nicht gültig ist (Entscheidungsblock 84), ein MCP-Fehler- bzw. -Defektwarnsignal angezeigt (Ablaufblock 86), und die Triebwerksausgangsleistung wird so eingestellt, daß die gegenwärtige Eigengeschwindigkeit des Flugzeugs gehalten wird, und zwar abhängig von dem konventionellen Übersteuern der Geschwindigkeits-/Machzahlgrenzschutzalgorithmen (Ablaufblock 87).
In dem Fall, in welchem der FMC-Flugplan nicht gültig ist (Entscheidungsblock 78 in Fig. 3) oder der FMC nicht richtig arbeitet (Entscheidungsblock 80), wird ein Defektwarnsignal angezeigt (Entscheidungsblocks 88, 90 in Fig. 4), um den Piloten zu warnen. Der Betrieb geht dann über zu dem Entscheidungsblock 84, wo eine Bestimmung durchgeführt wird, ob ein gültiger Geschwindigkeits-/Machzahlbefehl von der MCP kommt.
Wie in dem in Fig. 3 und 4 veranschaulichten Ablaufdiagramm gezeigt ist, steuert bzw. regelt der Prioritätsmanager bzw. -leiter den Autodrosselbetrieb durch Abfragen des Drosselhebels und der Betriebsartensteuertafel. Indem Fall einer nichtzufriedenstellenden Antwort von einem bzw. einer von ihnen stellt der Prioritätsmanager bzw. -leiter sicher, daß die gegenwärtige Eigengeschwindigkeit des Flugzeugs aufrechterhalten wird (abhängig von vorprogrammierten Grenzschutzmaßnahmen), bis der Pilot auf das Defektwarnsignal ansprechen und einen korrigierenden Vorgang ausführen kann.
Nachdem der Gesamtbetrieb der Steuer- bzw. Regeleinrichtung beschrieben worden ist, wird nun eine Beschreibung ihrer anderen Merkmale geliefert. Einige moderne Strahlflugzeuge können aerodynamische Oberflächen haben, welche so frei von Strömungswiderstand (sauber) sind, daß Änderungen in dem TLA und im resultierenden Schub, welche gemäß konventionellen Standards klein sind, große Änderungen in der Flugzeugeigengeschwindigkeit bewirken können. Genauer sind viele konventionelle Drosseln unfähig, Änderungen in der Position auszuführen, die klein genug sind, um das Erzeugen von großen Änderungen in der Flugzeuggeschwindigkeit zu vermeiden. Eine naheliegende Lösung für dieses Problem ist es, den Bereich oder die Strecke (TLA) zu erhöhen, um den bzw. die sich die Drossel bewegt, wenn sie sich zwischen Leerlauf- und Startschub bewegt. Auf diese Art und Weise wird das Verhältnis der Änderung im Triebwerksschub zu der Änderung im TLA vermindert (d.h. verminderte Neigung der Schub-gegen-TLA-Linie 100, die in Fig. 5 gezeigt ist). Dieses ermöglicht es, eine kleinere inkrementelle Änderung im Triebwerksschub für den gleichen Betrag der Drosselhebelbewegung zu machen. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß sie den Gesamthub (d.h. TLA und lineare Verlagerung des Drosselhebelknopfs) der Drossel signifikant erhöht, wie deutlicher in Fig. 5 gezeigt ist. Dieser vergrößerte Bereich der Drosselbewegung kann jenseits der Grenzen einer angemessenen bzw. handlichen Manipulation durch den Piloten sein.
In einer in Fig. 6 gezeigten exemplarischen Ausführungsform ist eine realzeitberechnete "gefachte" Skala vorgesehen, welche eine konstante Empfindlichkeit um die Position Halten des Drosselhebels liefert. Das heißt, jedes Mal, wenn die Drossel in der Feststellvorrichtung für Halten plaziert wird, wird der befohlene Schub als eine Funktion des TLA durch eine auf einem Mikroprozessor basierende Drosselsteuer- bzw. -regeleinrichtung, die sich in dem Prioritätsmanager bzw. -leiter 66 (Fig. 1) befindet, wiederberechnet. Dieses wird so bewerkstelligt, daß (i) das Zentrum oder der Mittelpunkt der Schub-gegen-TLA- Funktion mit der Feststellvorrichtung für Halten zusammenfällt, und (ii) eine konstante positive Neigung zwischen einer oberen Bereichsgrenze U/B und einer unteren Bereichsgrenze L/B vorhanden ist. An den Bereichsgrenzen ist die Linie konstanter positiver Neigung in einen Leerlaufpunkt 102 und einen Start- und-Steigflug-Punkt 104 eingepaßt. Auf diese Art und Weise existiert immer ein voller vorderer Bereich und ein voller rückwärtiger Bereich um die Position Halten (Mittel-Feststellvorrichtungs-)Position. An den zugerichteten Enden 106 ist viel weniger Empfindlichkeit (steile Neigung) vorhanden, und daher erzeugen kleine Änderungen im Drosselhebelwinkel große Änderungen im Schub. An den zugerichteten Enden wird eine Annahme dahingehend gemacht, daß Empfindlichkeit nicht notwendig ist und daß höchstwahrscheinlich große Änderungen im Schub vom Piloten bei diesen Drosselhebelwinkeln gewünscht werden. Obwohl eine repräsentative Familie von Linien in Fig. 6 gezeigt ist, existiert in jedem Augenblick nur eine vollständige Linie.
Im Betrieb beginnt beim Bewegen des Drosselhebels aus der Feststellvorrichtung für Halten der Schub-gegen-TLA-Betrieb längs der Linie 108 vom Punkt 110 zum Punkt 112. Dieses führt zu einer Erhöhung im befohlenen Schub. Bringt man den Drosselhebel zu der Feststellvorrichtung für Halten zurück, dann bewirkt das (i) wenn in der Geschwindigkeitshaltebetriebsart gearbeitet wird, daß die Steuer- bzw. Regeleinrichtung die gegenwärtige Eigengeschwindigkeit des Flugzeugs hält, die zu dem Zeitpunkt existiert, in welchem der Drosselhebel zu der Feststellvorrichtung für Halten zurückgeführt wird, und (ii) wenn in der Schubhaltebetriebsart gearbeitet wird, daß die Steuer- bzw. Regeleinrichtung den gegenwärtigen Schub des Flugzeugs hält, der zu dem Zeitpunkt existiert, in welchem der Drosselhebel zu der Feststellvorrichtung für Halten zurückgebracht wird. Eine neue Schub-gegen-TLA-Kurve 113 (gerade Linie mit zugerichteten Endkurven) wird um die Feststellvorrichtung für Halten (Punkt 114) auf dem neuen Schubniveau in Fig. 6 berechnet.
Die Berechnung von jeder Schub-gegen-TLA-Kurve wird durch einen Algorithmus in der Drosselsteuer- bzw. -regeleinrichtung bewerkstelligt. Der Algorithmus wird als Funktion von solchen Parametern wie die Ansprechfähigkeit des Triebwerks, die Änderung in der Eigengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Änderung im Triebwerksschub, gewünschter TLA-Bewegungsbereich unter Betrachtung der Fähigkeit, kleine inkrementelle TLA-Eingangsgrößen zu steuern bzw. zu kontrollieren, und aufgestellte Schubgrenzen für Umkehr, Leerlauf, Steigflug und Maximum, welche für das in Frage stehende Triebwerk eindeutig bzw. eigentümlich sind, entwickelt.
Spezieller kann unter Benutzung der kartesischen Koordinate die allgemein Gleichung für eine gerade Linie y =mx+b, die gerade Linie, welche die obere Bereichsgrenze (U/B in Fig. 6) und die untere Bereichsgrenze (L/B) verbindet, in Echtzeit unmittelbar folgend auf die Plazierung des Drosselhebels in der Feststellvorrichtung für Halten berechnet werden. Wenn der Drosselhebel aus der Feststellvorrichtung für Halten herausbewegt wird, wird y unter Verwendung der neuerlich abgefühlten Drosselposition x, der Drosselempfindlichkeitskonstanten m und des kürzlichsten gegenwärtigen Triebwerksschubwerts b wiederberechnet. Wenn in der Schubhaltebetriebsart gearbeitet wird, ist b gleich dem Triebwerksschub, der vorhanden ist, wenn die Drossel in der Feststellvorrichtung für Halten plaziert ist. Andererseits ist, wenn in der Geschwindigkeitshaltebetriebsart gearbeitet wird, b gleich dem Schub, der erforderlich ist, um die existierende Geschwindigkeit des Flugzeugs zu halten, wenn die Drossel in der Feststellvorrichtung für Halten plaziert ist. Dieser Geschwindigkeitshaltewert von b wird bestimmt durch Ablesen des Schubniveaus, wenn die aktuelle Geschwindigkeit des Flugzeugs die Zielgeschwindigkeit erreicht, die durch Plazieren der Drossel in der Feststellvorrichtung für Halten bestimmt ist.
Wenn der Drosselhebel nach der Feststellvorrichtung für Halten vorwärtsbewegt oder zurückbewegt wird, wird der Triebwerksschub auf dem Schubniveau gehalten, das vor dieser Vorwärts- oder Zurückbewegung befohlen worden ist. Eine neue Schub-gegen-TLA-Kurve wird nicht berechnet, bis der Drosselhebel aktuell in der Feststellvorrichtung für Halten plaziert wird. Wenn der Drosselhebel vor dem Erreichen der Feststellvorrichtung für Halten von der Feststellvorrichtung für Halten wegbewegt wird, wird fortgefahren, den befohlenen Schub aufrechtzuerhalten, bis der Drosselhebelwinkel dem befohlenen Schub entspricht, woraufhin der Triebwerksschub dann in Abhängigkeit des TLA für irgendwelche weiteren Änderungen im TLA eingestellt wird.
Mit Bezug auf andere Parameter der Gleichung ist zu sagen, daß die Konstante m, welche gleich der gewählten Neigung (Drosselempfindlichkeit) ist, eine gewählte inkrementelle Änderung im befohlenen Schub pro inkrementeller Änderung in der Drosselposition ist. Der Wert von m wird analytisch basierend auf einer Anzahl von Faktoren bestimmt, wie (1) der Wirkung einer inkrementellen Änderung im Schub auf die Flugzeuggeschwindigkeit und (2) der Minimaländerung in der Drosselposition, welche komfortabel von einem typischen Piloten wiederholt werden kann. Zum Beispiel kann bestimmt werden, daß die von einem typischen Piloten wiederholbare minimale Drosselbewegung 0,3 cm (ein Achtel eines Zolls) ist. Es kann auch bestimmt werden, daß die minimale gewünschte Änderung in der Eigengeschwindigkeit, welche der minimalen Drosselbewegung entspricht, ein Knoten ist, welcher einer Änderung im Schub von 100 Pounds entspricht. In diesem Falle würde die gewünschte Drosselempfindlichkeit m 1/800 sein, d.h. 2,54 cm (1 Zoll) der Drosselbewegung gleich 800 Pounds Schubänderung. Da die Änderung im Schub, die zum Erreichen einer gewünschten Änderung in der Flugzeugeigengeschwindigkeit notwendig ist, von solchen Faktoren wie dem Flugzeuggewicht und der Flugzeugkonfiguration abhängt, wird dieser Schubwert auf einer Echtzeitbasis wiederberechnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist x gleich der Position der Drossel relativ zu der Feststellvorrichtung für Halten. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist, wenn die Drossel in der Feststelivorrichtung für Halten ist, x gleich Null und y gleich dem Schubwert b. Eine Bewegung der Drossel nach vorwärts von der Feststellvorrichtung der Position Halten erzeugt zunehmend größere positive Werte von x; wohingegen ein Retardieren der Drossel nach rückwärts von der Feststellvorrichtung der Position Halten zunehmend größere negative Wert von x erzeugt. Diese Werte von x werden dazu benutzt, die Gleichung y=mx+b zu lösen, um die neuen Schubwerte zu erhalten. In einer exemplarischen Ausführungsform ist die Drosselposition als ein Winkel definiert, welcher um den Drehpunkt des Drosselhebels gemessen wird. Dieser Winkel ist positiv, wenn die Bewegung nach vorwärts von einer definierten Richtwertposition ist, und negativ, wenn die Bewegung nach rückwärts von jener Richtwertposition ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die definierte Richtwertposition die Position für Halten.
Die obere Grenze U/B und die untere Grenze LIB sind Funktionen des erforderlichen Bereichs von Schubänderungen, die zum Bewirken einer gewünschten Geschwindigkeitsänderung benötigt werden. Zum Beispiel kann durch analytische Verfahren bestimmt werden, daß der gewünschte Bereich von Geschwindigkeitsänderungen beim endgültigen Landeanflug plus oder minus 9,26 km (fünf Knoten) sein sollte. Durch konventionelle Methoden bestimmt die Drosselsteuer- bzw. -regeleinrichtung, daß eine Plus-oder-minus-fünf-Knoten-Geschwindigkeitsänderung einen Schubbereich von Plus-oder-minus-x kpa(Pounds) Schub erfordert, welcher seinerseits als die obere bzw. untere Grenze der gefachten Skala verwendet wird. Für den Reiseflugbetrieb kann der gewünschte Geschwindigkeitsbereich größer sein, so daß dadurch unterschiedliche obere und untere Grenzen für die gefachte Skala erforderlich sind.
Außerdem wird der Maximalbereich der Bewegung der Drossel experimentell basierend auf dem optimalen Gebrauch durch den Piloten bestimmt. Die Schubniveaus an dem Leerlaufpunkt 102 und dem Start-und-Steigflug-Punkt 104 werden durch den Triebwerkshersteller festgesetzt.
Die zugerichteten Endkurven, welche die unteren Grenzen (L/B) mit dem Leerlaufpunkt 102 verbinden, und welche die oberen Grenzen (U/B) mit dem Start-und-Steigflug-Punkt 104 der Schubgegen-TLA-Kurve verbinden, werden experimentell entwickelt. Jedoch werden alle Endkurven 106 so definiert, daß sie die folgenden Eigenschaften haben: (1) ihre Neigungen sind immer positiv, (2) die Endkurven kann keinerlei Diskontinuitäten, (3) die Endkurven sind glatt auf den geradlinigen Abschnitt zugerichtet (d.h., am Übergangspunkt der beiden nachstehend genannten Gleichungen ist die Ableitung der Gleichung, welche die gerade Linie definiert, gleich der Ableitung der Gleichung, welche die Endkurve definiert), (4) es gibt keine nichtdefinierten Ausgangsleistungen oder unendlichen Ausgangsleistungen, (5) es gibt keine abgestuften Ausgangsleistungen.
Da es bekannt ist, daß erhöhter Schub notwendig ist, um die Eigengeschwindigkeit während Flugzeugkurven bzw. -wendungen aufrechtzuerhalten, wird b (Triebwerksschub zum Aufrechterhalten der gegenwärtigen Eigengeschwindigkeit) in einer konventionellen Art und Weise als eine Funktion des Flugzeugquerlagewinkels wiederberechnet. Daher ist in dem Fall, in welchem die Drossel während einer Kurve bzw. Wendung manuell aus der Feststellvorrichtung für Halten herausbewegt wird, ein sofortiges Triebwerksansprechen verfügbar.
Als ein weiteres Beispiel einer Schub-gegen-TLA-Kurve für eine Roh- und Startfolge wird auf Fig. 7 Bezug genommen. Vor einem anfänglichen Rollen wird die Kurve 114 in einer Art und Weise erzeugt, daß sie einen unteren Rollabschnitt 116 und einen oberen Steigflugabschnitt 118 aufweist. Wenn das Flugzeug einmal nach dem Start in der Luft ist, wird eine neue Kurve 120 berechnet, welche von einem Linienabschnitt 122, einem Linienabschnitt 123 mit Empfindlichkeitsneigung m und einem durch eine Horizontallinie 124 repräsentierten Abschnitt konstanten Schubs des Übergangs in den Horizontalflug gebildet wird. Der Abschnitt konstanten Schubs zeigt, daß, wenn die Drossel aus der Start- und Steigflugeinstellung zu der Feststellvorrichtung für Halten retardiert worden ist, der Start- und Steigflugschub aufrechterhalten wird. Es sollte bemerkt werden, daß die Steuer- bzw. Regeleinrichtung, da der Steigflug eine Schubbetriebsartenwahl ist, die Geschwindigkeit nicht hält.
In dem Fall, daß es gewünscht wird, das Ausklingen des Steigflugs unter Verwendung der Geschwindigkeitshaltebetriebsart zu steuern bzw. regeln, wird der Geschwindigkeits-/Schubknopf (54 oder 22) in der Geschwindigkeitsposition plaziert, und der Drosselhebel 38 wird in der Feststellvorrichtung für Halten plaziert. Dieses bewirkt, daß der Schub so moduliert wird, daß die Geschwindigkeit aufrechterhalten wird, welche in dem Augenblick vorhanden war, in dem der Drosselhebel 38 in der Position Halten plaziert wurde. Während des manuellen Übergehens in den Horizontalflug wird diese Geschwindigkeit durch fortlaufende Modulation des Triebwerksschubs gehalten. Wenn das Flugzeug einmal horizontal ist und die gewünschte Geschwindigkeit erreicht worden ist, wird eine neue Schub-gegen-TLA-Kurve (Linie 126 in Fig. 8) um das Schubniveau (durch die Zahl 128 angedeutet), das zum Halten jener Geschwindigkeit im Honzontalflug erforderlich ist, berechnet. Diese Kurve wird um die Position für Halten der Feststellvorrichtung auf dem neuen Schubniveau in der vorher erörterten Art und Weise erzeugt.
Wenn eine Geschwindigkeitseinstellung nach dem Übergang in den Horizontalflug notwendig ist, erzeugt die Drosselbewegung aus der Feststellvorrichtung für Halten und entlang der Schub-gegen-TLA-Kurve 126 (Fig. 8) Schubbefehle, welche es ermöglichen, für kleine Drosseländerungen kleine Geschwindigkeitsänderungen zu erreichen. Wenn die neue Geschwindigkeit erreicht ist und die Drossel in die Position Halten zurückgebracht wird, wird eine neue Schub-gegen-TLA-Kurve (Linie 130 in Fig. 9) berechnet.
Wenn eine Flugplanbetriebsart von der MCP her gewünscht wird, wird die Geschwindigkeitshaltebetriebsart unter Verwendung des Knopfs 54 oder 22 gewählt. Außerdem wird der Flugplan 24 eingerückt, und der Drosselhebel 38 wird in Halten plaziert. Der Prioritätsmanager bzw. -leiter wird dann den Geschwindigkeits- /Schuberfordernissen des Flugplans, wie sie durch das Fluglenkungscomputersystem berechnet werden, folgen. Jede Bewegung des Drosselhebeis 38 aus der Feststellvorrichtung für Halten durch den Piloten beginnt einen Schub-gegen-TLA-Vorgang und ermöglicht einen Betrieb entlang der gesamten gegenwärtig berechneten Schub-gegen-TLA-Kurve. Alle berechneten Kurven umfassen Leerlauf, Start und Steigflug sowie Maximalschubverfügbarkeit.
In der vorliegenden Erfindung besteht kein Erfordernis, vorhergewählte Betriebsarten abzuwählen, um ein Übersteuern durch den Piloten zu bewerkstelligen. Das heißt, eine Bewegung des Drosselhebels aus der Feststellvorrichtung für Halten führt stets zu einem Schub-gegen-TLA-Betrieb und übersteuert dadurch jede andere gewählte Betriebsart. Eine Reaktivierung der übersteuerten Betriebsart erfordert es nur, daß der Drosselhebel zurück in die Feststellvorrichtung für Halten plaziert wird. Übersteuerte Betriebsarten werden automatisch wiedereingesetzt, vorausgesetzt, daß sie nicht auf andere Weise abgewählt worden sind.

Claims

1. Triebwerksdrosselsteuer- bzw. -regelsystem, umfassend:

a. ein Drosselsteuer- bzw. -regelmittel, umfassend (i) ein Mittel zum Abfühlen einer Position eines Drosselhebels (38), welcher zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in einer Art und Weise bewegbar ist, daß es eine Mehrzahl von Drosselhebelpositionen (40, 42, 44, 45, 48) zwischen der ersten Position und der zweiten Position gibt, und (ii) ein Mittel zum Erzeugen eines Signals von der abgefühlten Drosselhebelposition; und

b. ein auf das Signal der abgefühlten Position ansprechendes Mittel zum Erzeugen eines Steuer- bzw. Regelsignals zum Steuern bzw. Regeln eines Ausgangsleistungs- bzw. Ausgangsniveaus des Triebwerks als eine Funktion der Drosselhebelposition, wobei das Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel folgendes umfaßt:

1) ein Mittel zum Erzeugen des Steuer- bzw. Regelsignals in einer derartigen Art und Weise, daß eine Mehrzahl von Zwischenpositionen des Drosselhebels (38) zwischen der ersten Position und der zweiten Position einen ersten Bereich von Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveaus wählt, und derart, daß eine sich zwischen der ersten Drosselposition und der zweiten Drosselposition befindende Bezugsposition der Drossel eine Betriebsart des Triebwerksbetriebs wählt, in welcher das Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau auf einem gewählten Niveau aufrechterhalten wird, wenn der Drosselhebel (38) aus der zwischenliegenden Drosselhebelposition zu der Bezugsposition bewegt wird, gekennzeichnet durch

2) ein auf das Signal der abgefühlten Position des Drosselhebels (38) in der Bezugsposition ansprechendes Mittel zum Erzeugen von Steuer- bzw. Regelsignalen für das Wählen eines zweiten Bereichs von Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveaus, welcher den zwischenliegenden Drosselhebelpositionen entspricht und welcher den ersten Bereich von gewählten Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveaus ersetzt, in einer Art und Weise, daß, wenn der Drosselhebel (38) aus der Bezugsdrosselhebelposition zu den zwischenliegenden Drosselhebelpositionen bewegt wird, der zweite Bereich von Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveaus gewählt wird.

2. Triebwerksdrosselsteuer- bzw. -regelsystem nach Anspruch 1, worin das Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel folgendes umfaßt:

a. ein Mittel zum Erzeugen des Steuer- bzw. Regelsignals in einer Art und Weise, daß der zweite Bereich ein unteres Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau aufweist, welches gewählt ist, wenn der Drosselhebel (38) in der ersten Position ist, und ein oberes Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau, welches gewählt ist, wenn der Drosselhebel (38) in der zweiten Position ist; und

b. ein Mittel für das Erzeugen des Steuer- bzw. Regelsignals zum Wählen des zweiten Bereichs von Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveaus so, daß das Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau, welches erzeugt wird, wenn der Drosselhebel (38) in der Bezugsposition ist, zwischen dem unteren Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau und dem oberen Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau des zweiten Bereichs ist.

3. Triebwerksdrosselsteuer- bzw. -regelsystem nach Anspruch 2, worin das Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel ein Mittel für das Erzeugen des Steuer- bzw. Regelsignals zum Wählen des zweiten Bereichs von Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveaus so aufweist, daß der Schub, welcher erzeugt wird, wenn der Drosselhebel (38) in der Bezugsposition ist, in der Mitte zwischen dem unteren Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau und dem oberen Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau des zweiten Bereichs ist.

4. Triebwerksdrosselsteuer- bzw. -regelsystem nach Anspruch 3, worin:

a. die Bezugsposition sich in der Mitte zwischen der ersten Position und der zweiten Position befindet; und

b. das Drosselsteuer- bzw. -regelmittel ein Mittel zum Erzeugen des Steuer- bzw. Regelsignals so aufweist, daß, wenn der Drosselhebel (38) aus der Bezugsposition (i) zu der ersten Position bewegt wird, das Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau um einen ersten inkrementeilen Betrag zu dem unteren Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau vermindert wird, und (ii) zu der zweiten Position bewegt wird, das Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau um einen zweiten inkrementeilen Betrag, welcher gleich dem ersten inkrementellen Betrag ist, zu dem oberen Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau erhöht wird.

5. Triebwerksdrosselsteuer- bzw. -regelsystem nach Anspruch 3, worin das Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel ein Mittel zum Bestimmen von Lösungen der Gleichung y=mx+b umfaßt, worin y der Wert des zweiten Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveaus ist, x ein Inkrement der Bewegung des Drosselhebels (38) zwischen der ersten Position und der zweiten Position repräsentiert, b ein Triebwerksschubniveau ist, das erzeugt wird, wenn der Drosselhebel (38) in der Bezugsposition ist, und m eine gewählte Änderung im Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau pro Änderung im Drosselhebelbewegungsinkrement ist.

6. Triebwerksdrosselsteuer- bzw. -regelsystem nach Anspruch 1, worin das Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel ein Mittel zum automatischen Steuern bzw. Regeln des Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveaus, wenn der Drosselhebel (38) in der Bezugsposition ist, umfaßt.

7. Triebwerksdrosselsteuer- bzw. -regelsystem nach Anspruch 6, worin das Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel ein Mittel zum Erzeugen des Steuer- bzw. Regelsignais, wenn der Drosselhebel (38) aus der zwischenliegenden Position zu der Bezugsposition bewegt wird, umfaßt, derart, daß das Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau, welches vorhanden ist, wenn der Drosselhebel (38) zu der Bezugsposition bewegt wird, aufrechterhalten wird.

8. Triebwerksdrosselsteuer- bzw. -regelsystem nach Anspruch 6, worin das Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel ein Mittel zum Erzeugen des Steuer- bzw. Regelsignals so aufweist, daß der zweite Bereich von Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveaus bezüglich einem Schubniveau gewählt wird, das vorhanden ist, wenn der Drosselhebel (38) in der Bezugsposition plaziert ist, so daß ein Schubinkrement zwischen dem unteren Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau des zweiten Bereichs und dem existierenden Schubniveau gleich einem Schubinkrement zwischen dem oberen Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau und dem existierenden Schubniveau ist.

9. Triebwerkssteuer- bzw. -regelsystem nach Anspruch 6, worin das Steuer- bzw. Regelsignalerzeugungsmittel ein Mittel zum Erzeugen des Steuer- bzw. Regelsignals so aufweist, daß das Triebwerksausgangsleistungs- bzw. -ausgangsniveau zum automatischen Steuern bzw. Regeln des Triebwerksbetriebs als eine Funktion des Schubniveaus des Triebwerks, das vorhanden ist, wenn der Drosselhebel (38) in der Bezugsposition plaziert ist, gewählt wird.