DE69306386T2

DE69306386T2 - Integrierte Feuerleit- und Steueranlage mit Abhängigkeitbegrenzender eines Hubschraubers

Info

Publication number: DE69306386T2
Application number: DE69306386T
Authority: DE
Inventors: Donald Fowler; Nicholas Lappos
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1993-04-26
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2013-04-27
Also published as: US5310136A; DE69306386D1; CA2118025A1; WO1993023797A1; EP0641464B1; EP0641464A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Flugsteuersysteme für Drehflügler, insbesondere ein integriertes Feuerleit- und Flugsteuersystem, welches eine Flugzeug-Azimut- und -Nicksteuerung bereitstellt, um zu vermeiden, daß Waffen oder Sensoren an Funktionsbereichsgrenzen stoßen.

Hintergrund der Erfindung

Im Laufe der Jahre haben sich Kampfeinsätze von Hubschraubern dramatisch geändert, sie beinhalten nunmehr Berührung mit feindlichen Kräften, einschließlich Aufklären und Luftkampfunterstützung von Truppen an der Frontlinie. Diese Art des Einsatzes setzt Hubschrauber zahlreichen Gefahren aus, und deshalb beinhalten neue Hubschrauberentwicklungen Offensivwaffen, beispielsweise Gatling-Kanonen und Raketenwerfer.
Zu Beginn erfolgte die Primärsteuerung von Hubschrauberwaffen dadurch, daß der Pilot das Fluggerät vor dem Abfeuern auf ein Ziel ausrichtete. Die Korrektur bei Fehlschlägen erfolgte in der Weise, daß der Pilot die Lage des Fluggeräts einstellte, bevor er ein weiteres Geschütz einsetzte. Mit der Entwicklung der Technologie wurden Verfolgungs- und Sensorsysteme dazu benutzt, das Ziel zu lokalisieren und diejenige Fluglage für das Flugzeug zu bestimmen, die notwendig war, die Waffe in Stellung zu bringen, wobei äußere auf die Bewaffnung einwirkende Kräfte berücksichtigt wurden, beispielsweise Wind, Fluggeschwindigkeit und dergleichen. Ein solches System zeigt typischerweise ein "Fadenkreuz" an, welches die momentane Fluglage des Fluggeräts angibt, außerdem eine geometrische Form, die bezeichnend ist für diejenige Flugzeug-Lage, bei der die Waffe mit hoher Wahrscheinlichkeit das Ziel trifft. Der Pilot muß das Flugzeug derart manövrieren, daß das Fadenkreuz in die durch die geometrische Form definierte Abfeuerstellung gebracht wird, bevor die Waffe abgefeuert wird. Die Zielbefehle, beispielsweise Fadenkreuz und geometrische Form, werden typischerweise auf einer Steuertafel, einer Überkopf-Anzeige oder einer am Helm gelagerten Anzeige zur Anzeige gebracht, die den Piloten mit visueller Information über die Zielposition, die eigene Fluglage, den Kurs, die Geschwindigkeit und die Höhe versorgt.
Obschon solche Zielsysteme die Treffergenauigkeit von Waffen verbessert haben, ist der Pilot nach wie vor einer beträchtlichen Belastung beim Einstellen des Kurses und der Nicklage des Fluggeräts ausgesetzt. Es ist bekannt, daß ein geschulter Hubschrauberpilot die Fluglage des Geräts innerhalb von einem Grad bezüglich Nick- und Gierachse einstellen kann. Obschon dies möglicherweise den Eindruck einer sehr genauen Steuerung erweckt, hat eine 1 Grad betragende Abweichung in der Nick- oder Gierlage einen beträchtlichen Einfluß auf die Flugbahn eines Projektils.
Eine Lösung des oben erläuterten Problems der Waffen-Treffergenauigkeit besteht darin, die Waffensysteme des Fluggeräts mit gelenkig verstellbaren Lagerungen auszustatten, d.h. Raketenwerfer und Gatling- Guns, die in Azimut- und/oder Höhenrichtung verstellbar sind. Die Feuerleitlösung wird dann dazu eingesetzt, die Visierrichtung der Waffenbefestigung so zu steuern, daß die Waffen-Treffergenauigkeit verbessert und die Belastung des Piloten verringert wird. Wenn allerdings die Waffenlagerung ihre Bewegungsgrenzen, d.h. ihre Funktionsbereichsgrenze, erreicht, ist das Feuerleitsystem nicht mehr in der Lage, die Waffenlagerung derart zu steuern, daß die Waffe direkt in die Abfeuerstellung gebracht wird.
Außerdem haben zur Zielverfolgung und zur Waffen-Zieleinstellung verwendete Sensoren unter Umständen Funktionsbereichsgrenzen. Beispielsweise ist ein am Bug gelagertes, nach vorne weisendes Radargerät möglicherweise nur in der Lage, Ziele innerhalb eines begrenzten Bereichs bezüglich des Flugzeugbugs zu erfassen und zu verfolgen, beispielsweise in einem Bereich von + oder - 130º. Kann sich ein Ziel aus dem durch die Sensor-Funktionsbereichsgrenzen definierten Arbeitsgebiet herausbewegen, verliert der Sensor die Spur des Ziels.

Offenbarung der Erfindung

Ziele der Erfindung beinhalten die Schaffung eines verbesserten Flugsteuersystems für ein Drehflügelflugzeug, welches integriert mit einem Flugzeug-Feuerleitsystem ausgebildet ist, um eine Fluglagen-Funktionsbereichssteuerung durchzuführen unter Verwendung von Funktionsbereichsgrenzen-Information für Waffen, Waffenhalterungen oder Sensoren, um auf diese Weise die Gierlage, die Nicklage und die Roll-Lage des Flugzeugs zu steuern und so zu verhindern, daß das Fluggerät Waffen- oder Sensor-Funktionsbereichsgrenzen überschreitet.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines integrierten Feuerleit- und Flugsteuersystems mit einer Fluglagen-Funktionsbereichssteuerung, welche die Kommando-Autorität des Piloten dadurch aufrechterhält, daß die Auswirkungen der Funktionsbereichsgrenzsteuerung auf die Gier-, Nick- und Roll-Lage des Flugzeugs übersteuert werden.
Erfindungsgemäß löst der Umstand, daß eine Bewaffnung, eine Waffenhalterung oder ein Sensor die Funktionsbereichsgrenze erreicht, das Einblenden eines Funktionsbereichsgrenzen-Achsenbefehlssignals für eine entsprechende Fluglagenachse als die Fluglagenreferenzgröße aus, welche das Fluglagen-Rückkoppelungsfehlersignal des Flugsteuersystems für die jeweilige Fluglagenachse ersetzt.
Weiterhin stellen erfindungsgemäß die Funktionsbereichsgrenzen-Achsenbefehlssignale die Fluglagen-Referenzgröße nur dann, während der Pilot von Hand einen Freigabeschalter drückt und gedrückt hält, und während der Fluglagenfunktionsbereichsgrenzsteuerung bleibt die Steuerung durch den Steuerknüppel des Piloten die Primäreingabe für das Flugsteuersystem, so daß hierdurch die Möglichkeit der Übersteuerung durch seitens des Piloten angewiesene Manöver erreicht wird.
Die vorliegende Erfmdung verringert die Arbeitsbelastung des Piloten bei der Zieleinstellung von Waffen und bei der Zielverfolgung, indem Funktionsbereichsgrenzen-Achsenbefehlssignale als Fluglagen-Referenzgröße bereitgestellt werden. Die Funktionsbereichsgrenzen-Achsenbefehlssignale stellen die benötigte Fluglagen-Referenzgröße zum Steuern der Fluglage des Fluggeräts mit dem Ziel dar, ein Überschreiten von Funktionsbereichsgrenzen von Waffen oder Sensoren zu verhindern. Die von dem Piloten bewirkte Steuerknüppeleingabe behält erste Autorität, und aus diesem Grund kann der Pilot die dem Fluggerät innewohnende Wendigkeit für Ausweichmanöver, zum Zurückweichen von feindlichen Zielansteuersystemen oder zum Berücksichtigen neuer Gefahren in vollem Umfang nutzen.
Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlich im Lichte der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm des integrierten Feuerleit- und Flugsteuersystems gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist ein vereinfachtes, schematisches Blockdiagramm des integrierten Feuerleit- und Flugsteuersystems nach Fig. 1;
Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Funktionsbereichsgrenzen-Steuerabschnitts des integrierten Feuerleit- und Flugsteuersystems nach Fig. 2;
Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm emer Nick-Autoritätsgrenze des Funktionsbereichsgrenzen-Steuerabschnitts nach Fig. 3;
Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Roll-Autoritätsgrenze des Funktionsbereichsgrenzen-Steuerabschnitts nach Fig. 3; und
Fig. 6 ist ein schematisches Blockdiagramm der Steuerlogik zum Steuern des Betriebs eines prellfreien Schalters.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Das erfindungsgemäße integrierte Feuerleit- und Flugsteuersystem (IFFC-System) eignet sich besonders gut zum Unterstützen eines Hubschrauberpiloten in der Zielerfassungsphase der Mission, außerdem zum Verbessern des Gesamt-Waffenwirkungsgrads durch Erhöhung der Geschoßtreffergenauigkeit.
Um einen Piloten bei der Waffen-Zieleinstellung zu unterstützen, können Waffen mit gelenkig verstellbaren Lagerungen ausgestattet sein, wobei ein Feuerleitsystem Azimut-Befehle und Höhenwinkel-Befehle liefert, um die Visierrichtung der Lagerung fur die Waffen-Zieleinstellung zu steuern. Ansprechend auf die Feuerleitbefehle bewegt die Lagerung die Waffe in Bezug auf den Flugzeugrumpf und hält die richtige Visierrichtung der Waffe bei, so daß das Geschoß das Ziel trifft. Außerdem können Waffenhalterungen auf die Visierrichtung des Helms eines Piloten ansprechen, so daß dann, wenn der Pilot seinen Kopf bewegt, um ein Ziel anzuschauen, die Halterung die Waffe in Bezug auf den Flugzeugrumpf so bewegt, daß letztere in der Richtung eingestellt wird, in die der Kopf des Piloten in Bezug auf eine Referenzposition orientiert ist. Wenn allerdings die gelenkig verstellbare Halterung die Grenze ihres Bewegungshubs erreicht, d.h., wenn die Waffe ihre Funktionsbereichsgrenze erreicht, kann die Feuerleitlösung oder die Bewegung des Kopfs des Piloten die Halterung nicht mehr so steuern, daß eine Waffen-Zieleinstellung stattfindet.
In ähnlicher Weise kann das Fluggerät mit zahlreichen Sensoren zur Zielüberwachung, zur Zielverfolgung, zur Waffen-Zieleinstellung, zur Navigation etc. ausgestattet sein. Abhängig von dem Typ des Sensors und dem Ort seiner Anbringung am Flugzeugrumpf besitzt der Sensor möglicherweise ein beschränktes Operationsfeld in Bezug auf den Flugzeugrumpf. Wenn sich ein Ziel aus diesem Operationsgebiet hinausbewegt, d.h., wenn die Zielposition die Sensor-Funktionsbereichsgrenze überschreitet, geht der Kontakt mit dem Ziel verloren.
Die Funktionsbereichsgrenzsteuerung gemäß vorliegender Erfindung sorgt für eine Steuerung der Lage des Fluggeräts mit dem Ziel, das Überschreiten von Waffen- oder Sensor-Funktionsbereichsgrenzen zu vermeiden. Gemäß Fig. 1 enthält das erfindungsgemäße System 21 ein Primärflugsteuersystem (PFCS) 22, ein automatisches Flugsteuersystem (AFCS) 24 und ein integriertes Feuerleit- und Flugsteuersystem IFFC- System 25. Das PFCS empfängt über Leitungen 27 von einem kollektiven Versetzungs-Steuerknüppel 26 Versetzungsbefehls-Ausgangssignale. Das AFCS empfängt ebenfalls über die Leitung 27 diskrete Ausgangssignale des kollektiven Steuerknüppels. Das PFCS und das AFCS empfangen jeweils die Kraftausgangs-Befehlssignale einer vierachsigen Seitenarmsteuerung 29 über Leitungen 30. Ferner empfangen das AFCS und das PFCS sensierte Parametersignale von Sensoren 31 über Leitungen 32. Die Pilotenbefehlsignale auf den Leitungen 27 und 30 und die sensierten Parametersignale auf Leitungen 32 sind zu Sammelleitungen 33 und 34 in dem PFCS bzw. dem AFCS zusammengefaßt dargestellt.
Das PFCS und das AFCS enthalten jeweils Steuermoduln zum Steuern der Gier-, der Nick-, der Roll- und der Hubachse des Fluggeräts. Diese Moduln sind für das PFCS durch Blöcke 35-38 und für das AFCS durch Blöcke 39-42 dargestellt. Die PFCS-Moduln liefern Rotorbefehlssignale, und die AFCS-Moduln sorgen für eine Konditionierung und/oder Trimmung der PFCS-Rotorbefehlssignale. Die PFCS- und AFCS-Moduln sind über einen Bus 43 miteinander verbunden.
Das PFCS und das AFCS verwenden einen Modellfolgealgorithmus in jeder Steuerachse, um Rotorbefehlssignale über Ausgangsleitungen 44 an einer Rotor-Mischfunktion 45 zu geben, welche die Verstellung mechanischer Servos 46 und Gestänge 47 anweist, um die Spitzenbahnebene des Hauptrotors 50 zu steuern. Ferner steuert die Rotormischfunktion 45 Heckrotorservos 48, welche den Schub des Heckrotors 51 über Gestänge 49 steuern. Die sensierten Parametersignale von den Sensoren 31 auf den Leitungen 32 versorgen das PFCS und das AFCS mit der Winkelgeschwindigkeits- und Fluglagen-Antwort des Fluggeräts auf die Hauptrotor-und Heckrotorbefehlssignale. Außerdem liefern die Sensoren Information über die Geschwindigkeit, die Höhe, die Beschleunigung etc., wobei diese Information von dem Flugsteuersystem verwendet wird oder auch nicht.
Das IFFC 25 empfängt von einem Feuerleitsystem 55 über Leitungen 57 Feuerleitdaten. Außerdem empfängt das IFFC von den Sensoren 31 über Leitungen 32 sensierte Parametersignale. Über Leitungen 58 wird von Zielpositions-/Winkeldateneingängen 56 Zielpositionsdaten an das Feuerleitsystem gegeben. Die Zielpositions-/Winkeldaten können aus einer Vielfalt von Quellen stammen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, beispielsweise von Sichtlinien-Winkelsensoren, Karten- und Positionsdaten, Infrarotsensoren, Lasersensoren, Radarsensoren etc.. Die Feuerleitdaten auf den Leitungen 57 und sensierte Parametersignale auf Leitungen 32 sind zu Sammelleitungen 59 in dem IFFC zusammengefaßt dargestellt.
Das IFFC enthält Steuerkanalmoduln zur Bereitstellung von Gier-, Nick- und Rollsteuersignalen für das AFCS. Diese Moduln sind durch Blöcke 60, 61 bzw. 62 dargestellt. Die IFC-Moduln sind mit den PFCS- und AFCS-Moduln über den Bus 43 verbunden. Normalerweise liefert das AFCS ansprechend auf Pilotenbefehle die gewünschte Gier-, Nick- und Rollagen-Referenzgröße. Die Differenz zwischen diesen Fluglagen-Referenzbefehlen und der tatsächlichen Fluglage des Flugzeugs hat die Form von Fluglagen-Rückkoppelungsfehlersignalen, die das AFCS kontinuierlich auf Null zu verringern sucht. Beim Betrieb in einer "Betriebsart der Funktionsbereichsbegrenzung" allerdings, wenn eine für die Betriebsbereichsbegrenzung ausgewählte Waffe oder ein Sensor die zugehörige Funktionsbereichsgrenze für eine gegebene Fluglagenachse überschreitet, werden die entsprechenden Rückkoppelungsfehlersignale des AFCS für Gier-, Nick- und Rollachse ersetzt durch Funktionsbereichsbegrenzungs- Achsenbefehle für die jeweilige Fluglagenachse. Die Betriebsart der Funktionsbereichsbegrenzung kann von dem Piloten dadurch freigegeben werden, daß er einen Schalter an einer Seitenarmsteuerung 29 drückt, oder es kann eine zusätzliche Logik (Fig. 6) vorgesehen sein, um den Betrieb des Flugsteuersystems in der Betriebsart der Funktionsbereichsbegrenzung zu steuern.
Fig. 2 zeigt die funktionelle Verbindung des IFFC 25 mit dem PFCS 22 und dem AFCS 24. Fig. 2 wird in Bezug auf die Gierachsenmoduln 35, 39 und 60 beschrieben, zum Beispiel bezüglich der Flugsteuer-Gierlagenreferenzgröße und der Azimut-Befehlssignale zur Funktionsbereichsbegrenzung; der Fachmann sieht aber, daß die in Fig. 2 gezeigte funktionelle Verbindung gleichermaßen anwendbar ist auf Höhenwinkelbefehlssignale für die Flugsteuer-Nicklagenreferenzgröße oder Flugsteuer-Rollagen-Referenzgröße und die Funktionsbereichsbegrenzung.
Das PFCS empfängt über die Leitung 70 ein Gierachsen-Befehlssignal, welches über die Sammelleitungen 33 und die Leitungen 30 von der Seitenarmsteuerung 29 geliefert wird (Fig. 1). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Seitenarmsteuerung um einen Vier-Achsen-Kraftsteuerknüppel, in welchem Gierachsen-Befehlssignale dadurch erzeugt werden, daß der Pilot die Seitenarmsteuerung seitlich verdreht (nach links oder nach rechts), während Nickachsen-Befehlssignale dadurch erzeugt werden, daß der Pilot die Seitenarmsteuerung (nach vorn oder zurück) drückt bzw. zieht, während Rollachsen-Befehlssignale von dem Piloten dadurch erzeugt werden, daß er auf die Seitenarmsteuerung eine nach links oder nach rechts gerichtete Kraft ausübt, während kollektive Befehle dadurch erzeugt werden, daß der Pilot eine nach oben oder nach unten gerichtete Kraft auf die Seitenarmsteuerung aufbringt. Das Gierbefehlssignal wird auf den Eingang einer Signalformerschaltung 72 gegeben. Die Signalformerschaltung enthält einen Sollgeschwindigkeits-Antwortabschnitt, der auf eine Leitung 74 ein vorgegebenes Giergeschwindigkeitssignal gibt, welches die Soll-Änderungsgeschwindigkeit der Fluglage des Fluggeräts um die Gierachse bezeichnet. Zusätzlich enthält die Signalformerschaltung 72 einen dynamischen Formungsabschnitt, bei dem es sich um ein inverses Modell einer angenäherten Anlagen-Gierachsenantwort handelt, die auf eine Leitung 90 ein Steuerbefehlssignal gibt. Das Steuerbefehlssignal auf der Leitung 90 repräsentiert den angenäherten Rotorbefehl, der notwendig ist, um die gewünschte Gierachsen-Änderungsgeschwindigkeit des Fluggeräts für jedes vom Piloten angewiesene Manöver zu erreichen, und es sorgt für die Primär-Steuereingabe in die Rotor-Mischfunktion 45.
Das vorgegebene Giergeschwindigkeitssignal auf der Leitung 74 wird gleichzeitig einem Summierknoten 78 innerhalb des PFCS und einer Rumpf-Euler-Transformation 79 innerhalb des AFCS angeboten. Der Summierknoten 78 summiert das angewiesene Giergeschwindigkeitssignal auf der Leitung 74 (von der Signalformerschaltung 72) auf die Ist- Giergeschwindigkeit des Fluggeräts, welcher Wert (von Sensoren 31 über Leitungen 32 und die Sammelleitung 33) als ein sensiertes Giergeschwindigkeitssignal über die Leitung 84 empfangen wird. Das Ausgangssignal der Summierverbindung 78 ist ein Giergeschwindigkeitsfehlersignal auf der Leitung 85. Das Geschwindigkeitsfehlersignal wird in einer Geschwindigkeitsverstärkungsstufe 87 verstärkt und über eine Leitung 89 einem Eingang eines zweiten PFCS-Summierknotens 88 zugeführt. Der Summierknoten 88 empfängt außerdem das Steuerbefehlssignal von der Signalformerschaltung 72 über die Leitung 90, und von einem Geschwindigkeits- und Betragsbegrenzer 94 ein Gierbefehls-Modifiziersignal über eine Leitung 92. Der Begrenzer 94, der die unbeschränkte Version des Gierbefehls-Modifiziersignal über eine Leitung 96 (über den Bus 43) von dem AFCS empfängt, begrenzt das Gierbefehls- Modifiziersignal, falls dessen Betrags- und Änderungsgeschwindigkeits- Grenzen überschritten werden. Der Ausgang des Summierknotens 88 geht auf eine Leitung 100 und von dort über die PFCS-Ausgangssammelleitung 44 zu der Mischfunktion 45.
Der Betrag und die Änderungsgeschwindigkeit des Gierbefehls-Modifiziersignals von dem AFCS ist eine Funktion der Flugzeug-Kursabweichung während normaler Operationen. Das Gier-Befehls-Modifiziersignal bildet eine Fluglagen-Rückkoppelungsschleife um das Rotorbefehlssignal. Die Fluglagen-Rückkopplungsschleife ist die zweite von zwei Rückkoppelungsschleifen bezüglich des Rotorbefehlssignals; die erste ist eine Giergeschwindigkeits-Rückkopplungsschleife, die durch das Giergeschwindigkeits-Fehlersignal auf der Leitung 89 gebildet wird.
Das Giergeschwindigkeits-Modifiziersignal ist ein berechneter Wert, der durch einen Modellfolge-Algorithmus innerhalb des AFCS basierend auf dem momentanen Fluggerät-Ansprechverhalten auf das Rotorbefehlssignal bereitgestellt wird. Das Gierbefehls-Modifiziersignal modifiziert das Rotorbefehlssignal, um die seitens des Piloten vorgegebene Gierlage zu erreichen. Eine ausführlichere Beschreibung des Modellfolgealgorithmus des AFCS sowie der AFCS-Architektur findet sich in dem US- Patent Nr. 5 238 203 mit dem Titel "High Speed Turn Coordination For A Rotary Wing Aircraft" der Anmelderin; die Offenbarung dieser Schrift wird hier durch Bezugnahme inkorporiert.
Ein Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal wird normalerweise dazu verwendet, das Gierbefehls-Modifiziersignal zu erzeugen. Während des Betriebs des IFFC in der Betriebsart der Funktionsbereichsbegrenzung allerdings wird ein Funktionsbereichsbegrenzungs-Azimutbefehl dazu verwendet, das Gierbefehls-Modifiziersignal bereitzustellen. Das Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal wird in dem AFCS entwickelt. Das vorgegebene Giergeschwindigkeitssignal wird über die Leitung 74 an die Rumpf-Euler-Transformation 79 gegeben. Die Transformation 79 transformiert das Giergeschwindigkeitssignal, welches in bezug auf die Fluggerät-Rumpfachsen vorliegt, in eine Trägheitsachsen-Referenzgröße auf einer Leitung 101, welche einem Summierknoten 102 zugeführt wird. Der andere Eingang des Summierknotens 102 ist ein Fluglagen-Referenz-Folgefehlersignal auf einer Leitung 103.
Das Ausgangssignal des Summierknotens 102 gelangt über eine Leitung 104 an eine AFCS-Trimmlagen-Referenzfunktion 106. Die Referenzfunktion 106 ist eine Integralfunktion, die das angewiesene Giergeschwindigkeitssignal (bezogen auf die Trägheitsachsen auf der Leitung 101) umwandelt in ein vorgegebenes Gierlagensignal auf einer Leitung 105. Das vorgegebene Gierlagensignal wird auf einen Summierknoten 108 gegeben, dessen anderer Eingang ein Gierlagensignal auf einer Leitung 107 empfängt, welches von Sensoren 31 über Leitungen 32 und eine Sammelleitung 34 geliefert wird (Fig. 4). Das Ausgangssignal des Summierknotens 108 ist das Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal auf einer Leitung 109, bezogen auf die Trägheitsachsen, und es handelt sich um die Differenz zwischen dem Soll-Gierlagensignal auf der Leitung 105 und der Ist-Gierlage des Flugzeugs auf der Leitung 107. Das Gierlagen- Rückkoppelungsfehlersignal wird auf eine Euler-Rumpf-Transformation 110 gegeben, die das Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal aus dem Trägheitsachsenbezug in einen Flugzeug-Rumpfachsen-Bezug auf einer Leitung 111 zurücktransformiert. Der Betrieb sowohl der Transformierfunktionen 79 und 101 ist in größerer Einzelheit in der oben erwähnten US-Patentschrift 5 238 203 der Anmelderin beschrieben, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme inkorporiert ist.
Während des Betriebs des Systems in der Betriebsart der Funktionsbereichsbegrenzung wird das Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal ersetzt durch das Azimut-Befehlssignal für die Funktionsbereichsbegrenzung. Daher gibt es eine Differenz zwischen der Gierlagen-Referenzgröße, wie sie von dem AFCS angegeben wird, und der aktuellen Fluggerät-Gierlage, weil das Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal nicht dazu benutzt wurde, das Gierbefehls-Modifiziersignal bereitzustellen. Deshalb wird über die Leitung 103 an den Summierknoten 102 das Fluglagenreferenz- Folgefehlersignal geliefert, um das Geschwindigkeitssignal auf der Leitung 104 zu modifizieren. Das Fluglagengeschwindigkeits-Folgefehlersignal wird von einem Fluglagen-Folgeabschnitt 105 des IFFC bereitgestellt. Der Fluglagen-Folgeabschnitt empfängt das Fluglagen-Rückkoppelungsfehlersignal auf der Leitung 111 über einen normalerweise offenen Schalter 116 und eine Leitung 117, und wandelt es um in ein Fluglagen- Referenz-Folgefehlersignal. Der Betrieb des Schalters 116 wird weiter unten in Verbindung mit Fig. 3 noch näher beschrieben.
Das Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal auf der Leitung 111 wird an einen prellfreien Schalter 120 gegeben. Im Normalbetrieb läßt der prellfreie Schalter 120 das Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal auf die Leitung 122 durch, wo das Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal über einen eine Verstärkungsfunktion 125 enthaltenden Proportionalweg und einen eine Integrierfunktion 130 enthaltenden Integralweg einem Summierknoten 135 zugeleitet wird. Das Ausgangssignal des Summierknotens 135 ist das Gierbefehls-Modifiziersignal auf der Leitung 96.
Während des Betriebs des Systems in der Betriebsart der Funktionsbereichsbegrenzung ersetzt der prellfreie Schalter 120 das von der Leitung 111 auf die Leitung 122 gelieferte Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal durch ein Azimut-Befehlssignal für Funktionsbereichsbegrenzung auf einer Leitung 140.
Das Azimut-Befehlssignal für Funktionsbereichsbeschränkung wird von einer Befehlssignal-Berechnungsfunktion 141 für Funktionsbereichsbeschränkung geliefert, die weiter unten in Verbindung mit Fig. 3 näher erläutert wird. Die Berechnungsfunktion 141 spricht an auf ein Signal für Funktionsbereichsbeschränkung, welches von einer Signalauswahlfunktion 142 auf einer Leitung 143 geliefert wird. Die Signalauswahlfunktion 142 liefert an die Berechnungsfunktion 141 eines von drei Eingangssignalen ein Feuerleit-Azimutbefehlssignal auf der Leitung 172, bezeichnend für einen Azimutwinkel relativ zu dem Rumpf des Fluggeräts, welchen das Feuerleitsystem eine ausgewählte Waffe anzuvisieren anweist; ein Waffenhalterungs-Azimutsignal auf einer Leitung 145, bezeichnend für die aktuelle mechanische Position einer gelenkigen Halterung, die eine ausgewählte Waffe trägt; oder eine Ziel- Azimutposition auf einer Leitung 146, bezeichnend für den Ziel-Azimut, wie er von einem für eine Funktionsbereichsbegrenzung ausgewählten Sensor bestimmt wird.
Das Azimutbefehlssignal wird von einem Feuerleitsystem 55 bereitgestellt. Die Information über den Ziel-Azimut und den Ziel-Höhenwinkel wird über eine Leitung 155 von einem Ziel-Autoverfolger 153 geliefert, z.B. von einem elektrooptischen Verfolgungsgerät oder einem Radar. Die Azimut- und Höhenwinkelinformation, die von dem Autoverfolger 153 geliefert wird, ist ein Sichtlinienvektor zwischen dem Ziel und einem beliebigen Punkt am Rumpf des Flugzeugs, welcher für Sichtlinienberechnungen verwendet wird, beispielsweise eine Fluggerät-Referenzachse. Der Sichtlinienvektor wird aufgelöst in eine Höhenwinkelkomponente und eine Azimutkomponente. Das Ausgangssignal der Autoverfolgerfunktion 153 wird über die Leitung 155 einem Summierknoten 156 und einer Vorhaltewinkel-Berechnungsfunktion 157 zugeführt. Der andere Eingang der Vorhaltewinkel-Berechnungsfunktion 157 ist ein Waffentypsignal, welches von einer Waffenauswahlfunktion 160 über eine Leitung 159 geliefert wird. Die Vorhaltewinkel-Berechnungsfunktion verwendet die Waffentyp-Information und die Autoverfolger- Information zum Berechnen des Betrags des Waffenversatzes, d.h. des Vorhaltewinkels, basierend auf dem Typ der ausgewählten Waffen, damit ein Ziel getroffen wird, dessen Spur und Geschwindigkeit der Zielspur- und Positionsinformation entspricht, die von der Autoverfolgerfunktion bereitgestellt wird. Der Vorhaltewinkel wird über eine Leitung 161 auf den Summierknoten 156 gegeben, wo er zu den Ziel-Sichtlinienvektoren hinzuaddiert wird, um auf einer Leitung 165 einen korrigierten Azimut-Befehl zu bilden.
Der korrigierte Azimut-Befehl auf der Leitung 165 wird auf einen Summierknoten 168 gegeben. Dessen anderer Eingang empfängt ein Selenachsen-Korrektursignal über eine Leitung 170 von der Waffenauswahlfunktion 160. Das Selenachsen-Korrektursignal ist bezeichnend für den Versatz zwischen der ausgewählten Waffe und der Flugzeugreferenzachse. Das Ausgangssignal des Summierknotens 168 ist das Azimutbefehlssignal auf der Leitung 172, wobei es sich um die Azimutkomponente der Ziel-Sichtlinie handelt. Die Ziel-Sichtlinie ist bezeichnend für die Waffen-Flugbahn, welche von dem Feuerleitsystem so bestimmt wird, daß die Waffe erfolgreich das Ziel trifft.
Von einer Funktionsbereichbegrenzungsfunktion 220 werden Waffen- und Sensor-Funktionsbereichsgrenzen an die Funktionsbereichsgrenzen- Befehlssignal-Berechnungsfunktion 141 gegeben. Die Begrenzungsfunktion 210 spricht an auf ein Signal auf einer Leitung 180 von der Feuerleit-Waffenauswahlfunktion 160, wobei das Signal bezeichnend ist für eine spezielle Waffe und die dazugehörige Halterung, die für die Funktionsbereichsbegrenzung ausgewählt wird. Die Begrenzungsfunktion 210 spricht außerdem auf ein Signal auf einer Leitung 182 an, welches bezeichnend ist für einen speziellen Sensor, der für die Funktionsbereichsbegrenzung ausgewählt ist. Wenn eine Waffe oder ein Sensor für die Funktionsbereichsbegrenzung ausgewählt ist, liefert die Begrenzungsfunktion 210 die zugehörigen Funktionsbereichsgrenzen an, die Berechnungsfunktion 141. In ähnlicher Weise wählt die Signalauswahlfunktion das entsprechende Signal zur Funktionsbereichsbegrenzung aus, um es an die Berechnungsfunktion 141 zu geben. Die Begrenzungsfunktion kann die Form einer Nachschlagetabelle oder einer anderen geeigneten Speichereinrichtung zum Speichern von Information haben, die bezeichnend ist für Funktionsbereichsgrenzen verschiedener Waffen, Waffenhalterungen und Sensoren, die in der Betriebsart der Funktionsbereichsbegrenzung arbeiten können.
Während des Betriebs in der Funktionsbereichsbegrenzungsbetriebsart für eine ausgewählte Waffe liefert, falls das Signal für die Funktionsbereichsbegrenzung die Azimutgrenzen für die ausgewählte Waffe überschreitet, die Berechnungsfunktion einen Funktionsbereichsbegrenzungs-Azimutbefehl, um das Gierlagen- Rückkoppelungsfehlersignal zu ersetzen. Die Funktionsbereichsgrenzen für eine spezielle Waffe werden nicht entsprechend den mechanischen Grenzen der Halterung ausgewählt, sondern vielmehr innerhalb der mechanischen Grenzen, beispielsweise 80% bis 90% der mechanische Grenze. In ähnlicher Weise werden Funktionsbereichsgrenzen für die Sensoren innerhalb des Betriebsbereichs des Sensors ausgewählt.
Abhängig von der speziellen Waffe oder dem speziellen Sensor, der für die Funktionsbereichsbegrenzung bestimmt wurde, empfängt die Funktionsbereichsbegrenzungs-Berechnungsfunktion ein Signal zur Funktionsbereichsbegrenzung von der Signalauswahlfunktion, außerdem die zugehörige Funktionsbereichsgrenze von der Begrenzerfunktion. Das Ausgangssignal der Berechnungsfunktion ist das Normalfluglagen- Rückkoppelungsfehlersignal, wenn die Funktionsbereichsgrenzen nicht überschritten werden. Wenn allerdings das für die Funktionsbereichsbegrenzung ausgewählte Signal die Funktionsbereichsgrenzen überschreitet, modifiziert der Anteil des Signals, der die Grenze übersteigt, das Fluglagen- Rückkoppelungsfehlersignal, um das Funktionsbereichsbegrenzungs- Achsenbefehlssignal bereitzustellen.
Der Fachmann ersieht hieraus, daß die Funktionsbereichsbegrenzungsfunktion des IFFC den AFCS- Fluglagenhaltesignalweg benutzt, der normalerweise von dem Fluglagenrückkoppelungsfehlersignal verwendet wird. Die Normalfluglagenhaltefunktion wird von dem Einleiten der IFFC- Funktionsbereichsbegrenzung eingeschaltet. Nach Einleitung der IFFC- Funktionsbereichsbegrenzung wird der normale Fluglagenrückkoppelungsweg für die jeweilige Achse dadurch modifiziert, daß das Fluglagenrückkoppelungsfehlersignal ersetzt wird durch das Funktionsbereichsbegrenzungs-Achsenbefehlssignal für die zugehörige Achse.
Die Berechnungsfunktion für das Funktionsbereichsgrenzen-Befehlssignal für die Gierachse ist in Figur 3 detailliert dargestellt. Gemäß Figur 3 wird das Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal über die Leitung 111 auf einen Summierknoten 200 gegeben. Der andere Eingang des Summierknotens 200 empfängt das Signal für die Funktionsbereichsbegrenzung über die Leitung 143 von der Signalauswahlfunktion 142. Das Ausgangssignal des Summierknotens 200 ist ein IFFC-Gierlagen-Fehlersignal, welches einer Verstärkungsfunktion 207 zugeführt wird, die eine Verstärkung von minus eins aufweist. Der Betrag des IFFC-Gierlagenfehlersignals ist bezeichnend für den Auslenkungswinkel des ausgewählte Bauteils in bezug auf die Gierachse des Flugzeugs, beispielsweise für die Visierrichtung einer Waffenhalterung, der von der Feuerleitsteuerung gelieferte Azimutbefehl oder der Zielazimut, wie er von einem Sensor in bezug auf die Gierachse des Flugzeugs bestimmt wird. Die Verstärkungsfunktion 207 ändert das Vorzeichen des IFFC Gierlagenfehlersignals, bevor es einem Begrenzer 208 zugeführt wird, damit die von der Funktionsbereichsbegrenzungsfunktion 210 bereitgestellten Funktionsbereichsgrenzen in bezug auf die Polarität des IFFC-Gierlagen-Fehlersignals die richtige Phase erhalten.
Der Betrag der Grenzen des Begrenzers bestimmt sich durch die Funktionsbereichsbegrenzungsfunktion 210. Abhängig von der Waffe oder dem Sensor, der für die Funktionsbereichsbegrenzung ausgewählt ist, kann der Betrag von oberer und unterer Grenze unterschiedlich sein. Die Obergrenze wird über eine Leitung 210, die Untergrenze über eine Leitung 212 an den Begrenzer gegeben.
Das Ausganggssignal des Begrenzers 208 wird einer Verstärkungsfunktion 220 zugeleitet, die ebenfalls eine Verstärkung von minus eins aufweist. Das Ausgangssignal der Verstärkungsfunktion 220 wird an einen Summierknoten 222 gegeben, wo es mit dem Signal für die Funktionsbereichsbegrenzung auf der Leitung 143 summiert wird. Das Ausgangssignal des Summierknotens 222 ist das Funktionsbereichsbegrenzungs-Azimutbefehlssigual (CLAC) auf einer Leitung 225.
Das CLAC-Signal wird über die Leitung 225 auf eine Autoritätsgrenze 227 gegeben. In der Autoritätsgrenze 227 wird das CLAC-Signal auf einen Summierknoten 230 gegeben, dessen anderem Eingang das Gierlagen-Rückkoppelungsfehlersignal auf der Leitung 111 zugeleitet wird. Das Ausgangssignal des Summierknotens ist ein Funktionsbereichsbegrenzungs-Fehlersignal auf einer Leitung 232, bezeichnend für die Änderung der durch das CLAC-Signal vorgegebenen Gierlage, welches von der durch den Piloten angewiesenen Gierlage stammt. Das Funktionsbereichsbegrenzungs-Fehlersignal wird über die Leitung 232 auf einem Begrenzer 235 gegeben, der den Betrag des Fehlersignals und mithin den Betrag der Änderung der Fluglage des Flugzeugs begrenzt, die von dem CLAC-Signal angewiesen werden kann. Der Betrag der Grenzen des Begrenzers 235 beträgt typischerweise zwischen 3 und 5 Grad. Das Ausgangssignal des Begrenzers 235 wird auf einen Summierknoten 240 gegeben, dessen anderem Eingang das Fluglagen-Rückkoppelungsfehlersignal zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Summierknotens 240 ist das Signal CLAC auf der Leitung 140, welches an den prellfreien Schalter 120 gelangt.
Der Betrieb der Funktionsbereichsbegrenzungsfunktion 210 läßt sich am besten anhand eines Beispiels verstehen. Angenommen, eine Gatling- Kanone sei für die Funktionsbereichsbegrenzung mit mechanischen Azimutgrenzen von plus oder minus 100 Grad in bezug auf den Flugzeugbug ausgewählt, beispielsweise kann sie sich nur in einem 200 Grad umfassenden Bogen bewegen. Die Fuktionsbereichsgrenzen für die Gatlingkanone können auf plus oder minus 90 Grad eingestellt werden. Wenn daher der Betrag des Signals für die Funktionsbereichsbegrenzung auf der Leitung 143 größer als 90 Grad ist, d.h., wenn das Ziel um mehr als 90 Grad relativ zu dem Flugzeugbug entfernt ist, beschränkt der Begrenzer den Betrag des Fehlersignals auf 90 Grad. Wird das Flugzeug in einer Schwebeposition getrimmt, ist der Betrag des Fluglagenrückkoppelungsfehlersignals null. Wenn die Zielposition 95 Grad relativ zu dem Flugzeug beträgt, ist das Ausgangssignal des Summierknotens 200 minus 95. Das Ausgangssignal der Verstärkungsfunktion 207, welches dem Begrenzer 208 zugeführt wird, beträgt 95. De Begrenzer beschränkt den Betrag des Ausgangssignals auf 90 und das Ausgangssignal der Verstärkungsfunktion 220 beträgt minus 90 und dieser Wert wird an den Summierknoten 222 gegeben. Das andere Eingangssignal des Summierknotens 222 ist das Signal für die Funktionsbereichsbegrenzung auf der Leitung 143, und das Ausgangssignal des Summierknotens, d.h. das CLAC-Signal beträgt 5. Das CLAC-Signal wird dann an die Autoritätsgrenze gelegt, die seinen Betrag in bezug auf das Fluglagenrückkoppelungsfehlersignal in der hier beschriebenen Weise begrenzt.
Der Fachmann sieht, daß das CLAC-Signal sich von dem Fluglagenrückkoppelungsfehlersignal nur dann unterscheidet, wenn die Funktionsbereichsgrenzen überschritten werden. Deshalb ist das Nachführen der Fluglagenreferenzgröße nur während des Betriebs der Funktionsbereichsbegrenzung erforderlich, wenn die Funktionsbereichsgrenzen überschritten werden. Die Fluglagenfolgelogik 249 steuert den Betrieb des normalerweise offenen Schalters so, daß eine Fluglagenreferenz-Nachführung stattfindet, wenn die Funktionsbereichsgrenzen überschritten werden. Das Eingangssignal und das Ausgangssignal des Begrenzers 208 werden über Leitungen 250 bzw. 251 an einen Summierknoten 255 gegeben, dessen Ausgangssignal ein Differenzsignal ist, welches bezeichnend ist für die Differenz zwischen den Signalen, und welches auf die Leitung 257 gegeben wird. Das Differenzsignal wird einer Funktion 260 zugeleitet, die auf eine Leitung 261 ein Nachführfreigabesignal gibt, wenn das Differenzsignal von null verschieden ist, und die ein Ausgangssignal liefert, welches dann null ist, wenn das Differenzsignal null beträgt.
Das Freigabesignal wird einem UND-Gatter 262 zugeführt, dessen anderem Eingang ein Signal auf der Leitung 265 zugeführt wird, welches bezeichnend dafür ist, daß der prellfreie Schalter 120 zur Funktionsbereichsbegrenzung aktiviert ist. Wenn der prellfreie Schalter für die Funktionsbereichsbegrenzung aktiviert ist und auf der Leitung 261 ein Freigabesignal ansteht, liefert das UND-Gatter 262 auf eine Leitung 270 ein Signal zum Schließen des Schalters 116 und damit zum Aktivieren der Fluglagenreferenznachführung. Wenn der prellfreie Schalter nicht aktiviert ist, oder wenn das Ausgangssignal der Funktion 260 null ist, ist das Ausgangssignal des UND-Gatters 262 null, und der Schalter 116 bleibt offen.
Realisiert wird die Funktionsbereichsbegrenzung für die Nick- und die Rollachse nach derselben Steuergesetzmäßigkeit, wie sie in den Figuren 3 und 4 für die Gierachse dargestellt ist, abhängig von den Anforderungen der jeweiligen Waffe oder der für die Funktionsbereichsbegrenzung ausgewählten Einrichtung. Für eine Waffe oder einen Sensor jedoch, der sowohl einen Azimut- als auch einen Höhenwinkel-Freiheitsgrad aufweist, wird die Azimut- Funktionsbereichssteuerung in der Gierachse bereitgestellt, und die Höhenwinkel-Funktionsbereichssteuerung erfolgt sowohl für die Nick- als auch für die Rollachse. Für kleine Azimutwinkel von beispielsweise weniger als 30 Grad befindet sich das Ziel vor dem Flugzeug, und die Höhenwinkel-Funktionsbereichsgrenzensteuerung erfolgt durch Steuern der Fluglage in der Nickachse des Flugzeugs. In ähnlicher Weise erfolgt dann, wenn sich das Ziel auf der Seite des Flugzeugs befindet, beispielsweise zwischen 60 Grad und 120 Grad, die Höhenwinkel- Funktionsbereichsgrenzsteuerung durch Steuern der Fluglage in der Rollachse des Flugzeugs. Befindet sich das Ziel in anderen Zonen um das Flugzeug herum, so wird die Höhenwinkel- Funktionsbereichsgrenzsteuerung bewirkt durch eine Kombination aus Steuerung in der Nickachse und Steuerung in der Rollachse des Flugzeugs. Die Höhenwinkel-Funktionsbereichssteuerung erfolgt durch Modifizieren der Autoritätsgrenze 227 für die Nickachse und die Rollachse, wie es in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist.
In Figur 4 ist die Autoritätsgrenze für die Nickachse dargestellt. Das Funktionsbereichsbegrenzungs-Fehlersignal für die Nickachse wird über die Leitung 232 einem Begrenzer 400 zugeführt. Obergrenze und Untergrenze des Begrenzers 400 werden eingestellt durch das Produkt einer Verstärkungsfunktion 405 und eines Nennwinkels für die Signalbegrenzung 410. Der Betrag der Verstärkungsfunktion bestimmt sich durch den Betrag des Azimutsignals für die Funktionsbereichsbegrenzung auf der Leitung 143, wenn der Betrag des Azimutsignals für die Funktionsbereichsbegrenzung weniger als 30 Grad beträgt, hat die Verstärkungsfunktion einen Wert von eins z.B. 100%, und wenn der Betrag des Azimutsignals für die Funktionsbereichsbegrenzung über 30 Grad ansteigt, fällt der Betrag der Verstärkung rapide ab, bis die Verstärkung von null bei über 60 Grad erreicht ist. Das Ausgangssignal der Verstärkungsfunktion wird einem Multiplizierer 412 zugeführt, dessen anderem Eingang der Nennwinkel für die Signalbegrenzung zugeführt wird, welcher typischerweise auf 3 bis 5 Grad eingestellt ist. Das Ausgangssignal des Multiplizierers wird über eine Leitung 415 dem Begrenzer 400 zugeführt, um die obere Grenze für den Begrenzer festzulegen. Das Ausgangssignal des Multiplizierers wird außerdem über eine Leitung 415 einer Verstärkungsfunktion 418 mit einem Betrag von minus eins zugeführt. Der Ausgang der Verstärkungsfunktion 418 ist die Untergrenze für den Verstärker 400 auf einer Leitung 420.
Man sieht daher, daß, wenn der Betrag des Azimutsignals für die Funktionsbereichsbegrenzung weniger als 30 Grad beträgt, der Betrag der Obergrenze und der Untergrenze des Begrenzers gleich dem Nennwinkel für die Signalbegrenzung ist. Der Betrag der Grenzen nimmt auf Null ab, wenn der Betrag des Azimutsignals für die Funktionsbereichsbegrenzung auf 60 Grad steigt, und oberhalb von 60 ist das Ausgangssignal des Begrenzers Null. Wenn daher der Betrag des Azimutsignals für die Funktionsbereichsbegrenzung größer als 60 Grad ist, ist das Funktionsbereichsbegrenzungs-Nickbefehlssignal gleich dem Nicklagen-Rückkopplungsfehlersignal.
Bezugnahmend auf Fig. 5, ist die Rollachsensteuerung mit der Nickachsensteuerung identisch, mit der Ausnahme der Verstärkungskennlinie 505. Wenn der Betrag des Azimutsignals für die Funktionsbereichsbegrenzung größer als 60 Grad ist, besitzt die Verstärkungsfunktion 505 einen Wert von Eins, z. B. 100 %, und wenn der Betrag des Azimutsignals für die Funktionsbereichsbegrenzung unter 60 Grad sinkt, fällt der Betrag der Verstärkung rapide ab, bis die Verstärkung unterhalb von 30 Grad Null beträgt. Deshalb wird bei kleinen Azimutsignalen für die Funktionsbereichsbegrenzung die Höhenwinkel-Funktionsbereichsbegrenzung vornehmlich durch die Steuerung der Nicklagenachse des Flugzeugs durchgeführt. Wenn der Betrag des Azimutsignals für die Beschränkung zunimmt, wird für die Höhenwinkel-Funktionsbereichsbegrenzung die Steuerung der Rollachse verwendet.
Der prellfreie Schalter 120 (Fig. 1) wird gemäß Beschreibung ansprechend darauf aktiviert, daß der Pilot einen Schalter oder eine Taste der Seitenansteuerung 29 (Fig. 4) drückt. Allerdings kann es wünschenswert sein, den Betrieb der Funktionsbereichsbeschränkung zu sperren, wenn nicht weitere Erfordernisse erfüllt sind. Ein Beispiel für eine komplexere Steuerung des prellfreien Schalters 120 ist in Fig. 6 dargestellt. Wenn die Taste 920 an der Seitenarmsteuerung des Piloten gedrückt wird, wird über eine Leitung 921 ein Signal an ein UND- Gatter 925 gegeben. Der andere Eingang des UND-Gatters 925 ist ein Funktionsbereichsbegrenzungssignal auf einer Leitung 296 von einem ODER-Gatter 927. Das ODER-Gatter 927 spricht an auf ein Zulässigkeits-Sensorsignal auf einer Leitung 928 und ein Zulässigkeits- Feuerleitsignal auf einer Leitung 930. Das Zulässigkeits-Sensorsignal ist bezeichnend für einen Sensor des Typs, der eine Funktionsbereichsbegrenzung erfordert und für die Funktionsbereichsbegrenzung ausgewählt wurde und ordnungsgemäß funktioniert. In ähnlicher Weise bezeichnet das Zulässigkeits- Feuerleitsignal, daß das Feuerleitsystem aktiviert ist und einer Waffe des Typs ausgewählt wurde, der eine Funktionsbereichsbegrenzungssteuerung erfordert. Wenn beide von dem UND-Gatter 925 geprüfte Bedingungen erfüllt sind, das heißt, wenn der Pilot die Taste 920 drückt und das Funktionsbereichsbegrenzungssignal vorhanden ist, liefert das UND-Gatter 925 ein Signal über eine Leitung 932, um den prellfreien Schalter 120 zu aktivieren.
Die Funktionsbereichsbegrenzungssteuerung gemäß der Erfmdung kann in einer Situation vorgesehen werden, in der mehr als eine Funktionsbereichsgrenze gleichzeitig in Bearbeitung sind. Es sei beispielsweise angenommen, eine mit einem Sucher ausgestattete Waffe sei an einer gelenkigen Halterung gelagert. Zusätzlich verfolge das Feuerleitsystem ein Ziel unter Verwendung eines Sensors, der ein beschränktes Betriebsgebiet aufweist, wobei das Feuerleitazimut- und -Höhenwinkelbefehlssignal zum Steuern der Waffe an der gelenkigen Halterung verwendet werden. Damit sind gleichzeitig drei getrennte Funktionsbereichsgrenzen aktiv: die Beschränkungen des Waffensuchers, die Beschränkungen der gelenkigen Halterung und die Beschränkung des Sensors. In diesem Fall kann es wünschenswert sein, eine Begrenzungssteuerung basierend auf der stärksten Funktionsbereichsbegrenzung für jede Fluglagenachse durchzuführen, um die höchste Wahrscheinlichkeit für einen erfolgreichen Waffenabschuß zu erreichen. Die Signalauswahlfunktion 142 liefert das geeignete Signal für die Funktionsbereichsbegrenzung auf der Leitung 143, und die Begrenzungsfunktion 210 muß den Begrenzer 208 mit solchen Funktionsbereichsgrenzen versorgen, die dem für die Funktionsbereichsbegrenzung ausgewählten Signal entsprechen. Die Auswahlsteuerung kann ansprechend auf eine pilotenseitige Auswahl durchgeführt werden, oder man kann eine automatische Auswahl basierend auf dem Waffentyp, der Waffenhalterung und dem in Betrieb befindlichen Sensor vorsehen.
Die Erfindung wurde beschrieben in Verbindung mit der Steuerung des Gierens, des Nickens und des Rollens beim Betrieb in der Betriebsart der Funktionsbereichsbegrenzung. Allerdings arbeitet die Erfindung gleichermaßen gut bei einem Fluggerät mit Raketen, die in Höhenrichtung gelenkig gehaltert sind und nicht in Azimutrichtung, oder in Verbindung mit einer in Höhenrichtung und nicht in Azimutrichtung verstellbaren Kanone. In diesem Fall erfolgt die Höhenwinkel- Funktionsbereichsbegrenzungssteuerung der hier beschriebenen Art für die Nick- und die Rollachse, um zu verhindern, daß die Waffe ihre Höhenwinkel-Bereichsgrenzen übersteigt. Wenn das Fluggerät mit einer Kanone ausgestattet ist, die nur in Azimutrichtung schwenkbar ist, oder mit Raketen ausgestattet ist, die in Azimu- und nicht in Höhenrichtung gelenkig sind, ist eine Azimut-Funktionsbereichsbegrenzungssteuerung für die Gierachse vorgesehen, um zu verhindern, daß die Waffe ihre Azimut-Bereichsgrenzen überschreitet. In jedem Fall können die erfindungsgemäßen Prinzipien dazu eingesetzt werden, die Gierlage, die Nicklage und die Rollage des Fluggeräts so zu steuern, wie es für die Zielanvisierung erforderlich ist.
Bei gewissen Waffen, beispielsweise bei Raketen, muß die Fluglage des Flugzeugs vor dem Abfeuern der Waffen sich innerhalb einer spezifischen Fluglagen-Hüllwerts befinden. In diesem Fall ist das Signal für die Funktionsbereichsbegrenzung die Fluglage des Fluggeräts, und die Funktionsbereichsgrenzen werden definiert durch die für das Abfeuern erforderliche spezifische Fluglagen-Hüllkurve. Die Funktionsbereichsbegrenzung kann angewendet werden auf jede Flugzeugfunktion, deren Ausführung von Änderungen der Fluglage des Fluggeräts abhängt oder davon beeinflußt wird. Es ist lediglich erforderlich, ein Signal zur Verfügung zu haben, welches bezeichnend ist für die Relation zwischen der Funktion und der Fluglage, und welches als Signal für die Funktionsbereichsbegrenzung verwendet werden kann, ferner benötigt man die entsprechenden Funktionsbereichsgrenzen, die auf diese Funktion anwendbar sind.
Die beschriebene Erfindung wird ausgeführt in einem Flugsteuersystem, in welchem Berechnungen digital durchgeführt werden, beispielsweise in Verbindung mit einem digitalen automatischen Flugsteuersystem, welches einen bekannten Mikroprozessor dazu benutzt, die algorithmischen Unterroutinen gemäß der Erfindung auszuführen. Allerdings kann die Erfindung auch von digitaler Spezialhardware umgesetzt werden, oder durch Analog-Hardware, falls dies erwünscht ist. In diesem Fall kann man die Erfindung in einer von der hier offenbarten Weise abweichenden Version realisieren, entsprechend der allgemeinen Äquivalenz zwischen Software, wie sie hier vorgestellt wurde, und spezieller Digital-Hardware und spezieller Software, wie es dem Fachmann bekannt ist. Ferner können natürlich sämtliche hier angegebenen Zykluszeiten, Verstärkungen, Zählerstände, Grenzwerte und dergleichen so eingestellt werden, daß sie der jeweiligen Realisierung und dem jeweiligen Verwendungszweck der Erfindung entsprechen.

Claims

1. Integriertes Hubschrauber-Feuerleit- und Flugsteuersystem (21) zum Bereitstellen von Leitflächen-Befehlssignalen für die Leitflächen (50, 51) des Hubschraubers, um dadurch die Gier-, Nick-, Roll- und Hub-Fluglagenachse des Hubschraubers während des Flugs zu steuern, umfassend:

eine Steuereinrichtung (29), die von einem Piloten betätigbar ist, um Achsenbefehlssignale zum Steuern der Gier-, Nick-, Roll- und Hub- Fluglagenachsen des Hubschraubers zu steuern;

eine Einrichtung (72, 106), die auf die Achsenbefehlssignale anspricht, um entsprechende Soll-Fluglagensignale bereitzustellen, die bezeichnend sind für eine gewünschte Hubschrauber-Fluglage in der Gier-, Nick-, Roll- und Hubachse;

eine Einrichtung (31) zum Sensieren der Fluglage des Hubschraubers in der Gier-, Nick-, Roll- und Hubachse, um dafür bezeichnende Ist-Fluglagensignale bereitzustellen;

eine Einrichtung (108), die auf die Soll-Fluglagensignale und die Ist-Fluglagensignale anspricht, um Fluglagen-Rückkopplungsfehlersignale als Funktion der Differenz zwischen den Soll- und den Ist- Fluglagensignalen zu bilden; und

eine Fluglagenrückkopplungseinrichtung (125, 130, 135, 94, 88) zum Bereitstellen von Leitflächen-Befehlssignalen, damit der Betrag der Fluglagen-Rückkopplungsfehlersignale auf Null gebracht wird,

gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung (210) zum Bereitstellen einer Gierachsen-Funktionsbereichsgrenze und einer Nickachsen-Funktionsbereichsgrenze, jeweils bezogen auf eine Flugzeug-Referenzachse, wobei die Funktionsbereichsgrenzen bezeichnend sind für eine Flugzeug-Subsystemgrenze in der Gierachse bzw. der Nickachse relativ zu der Referenzachse;

eine Einrichtung (142) zum Bereitstellen von Signalen für die Funktionsbereichsbegrenzung für die Gier- und die Nickachse, wobei das Signal für die Funktionsbereichsbegrenzung in der Gierachse bezeichnend ist für die laufende Betriebsposition des Flugzeugsubsystems in der Gierachse relativ zu der Referenzachse, während das Signal für die Funktionsbereichsbegrenzung in der Nickachse bezeichnend ist für die laufende Betriebsposition des Flugzeugsubsystems in der Nickachse relativ zu der Referenzachse;

eine Einrichtung (141), die auf die Gier- und Nickachsensignale für die Funktionsbereichsbegrenzung und die Gier- und Nickachsen- Funktionsbereichsgrenzen anspricht, um Funktionsbereichsbegrenzungs-Achsenbefehlssignale bereitzustellen, von denen das Gierachsen-Funktionsbereichsbegrenzungs-Achsenbefehlssignal bezeichnend ist für einen Betrag, um den der Betrag des Gierachsensignals für die Funktionsbereichsbegrenzung die Funktionsbereichsgrenze der Gierachse übersteigt, während das Nickachsen-Funktionsbereichsbegrenzungs-Achsenbefehlssignal bezeichnend ist für den Betrag, um den der Betrag des Nickachsensignals für die Funktionsbereichsbegrenzung die Funktionsbereichsgrenze bezüglich der Nickachse übersteigt;

eine Funktionsbereichsbegrenzungsbetrieb-Angabeeinrichtung (920- 930) zum Bereitstellen eines Funktionsbereichsbegrenzungssignals (932) ansprechend auf das Aktivieren einer Flugsteuersystem-Funktionsbereichsbegrenzungsbetriebsart; und

wobei die Fluglagenrückkopplungseinrichtung (125, 130, 135, 94, 88) auf das Vorhandensein des Funktionsbereichsbegrenzungssignals anspricht, indem sie die Fluglagen-Rückkopplungsfehlersignale ersetzt durch die Funktionsbereichsbegrenzungs-Achsenbefehlssignale für die Gierachse bzw. die Nickachse.

2. Feuerleit- und Flugsteuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung (142) zum Bereitstellen von Signalen für die Funktionsbereichsbegrenzung aufweist:

eine Feuerleiteinrichtung zum Liefern von Achsenbefehlssignalen (172) für die Gier- und Nickachse, bezeichnend für eine angewiesene Waffenzielrichtung bezüglich der Flugzeug-Referenzachse, um die Waffe auf eine Zieleinstellungssichtlinie einzustellen;

eine Waffenpositionsangabeeinrichtung zum Bereitstellen von Waffenachsensignalen (145) für die Gier- und die Nickachse, die die Visierrichtung einer Waffe bezüglich der Flugzeug-Referenzachse angeben;

eine Sensorangabeeinrichtung zur Bildung von Achsenpositionssignalen (146), die bezeichnend sind für eine von einem Sensor in bezug auf die Flugzeug-Referenzachse sensierte Position;

eine Auswahleinrichtung (142) zum Bereitstellen eines Auswahlsignals (143), welches bezeichnend ist für ein für die Funktionsbereichsbegrenzung auszuwählendes Signal; und

wobei die Einrichtung zum Bereitstellen von Signalen für die Funktionsbereichsbegrenzung auf das Auswahlsignal anspricht, um entweder die Achsenbefehlssignale, die Waffenachsensignale oder die Achsenpositionssignale als die genannten Gier- und Nicklagenachsensignale für die Funktionsbereichsbegrenzung bereitzustellen.

3. Feuerleit- und Flugsteuersystem nach Anspruch 2, bei dem die Einrichtung (210) zum Bereitstellen von Funktionsbereichsgrenzen auf das Auswahlsignal (143) anspricht, um Funktionsbereichsgrenzen für die Gier- und Nickachse bereitzustellen, die den Signalen für die Funktionsbereichsbegrenzung entsprechen.

4. Feuerleit- und Flugsteuersystem nach Anspruch 3, weiterhin umfassend eine Begrenzungseinrichtung (227) zum Begrenzen des Betrags der Funktionsbereichsbegrenzungs-Achsenbefehlssignale für die Gier- und die Nickachse.

5. Feuerleit- und Flugsteuersystem nach Anspruch 4, bei dem die Begrenzungseinrichtungs-Rollachsengrenze (505) dem Wert Null entspricht, wenn das Gierachsensignal für die Funktionsbereichsbegrenzung unterhalb eines ersten Schwellenwertbetrags liegt, die Begrenzungseinrichtungs-Nickachsengrenze (405) dem Wert Null entspricht, wenn das Gierachsensignal für die Funktionsbereichsbegrenzung oberhalb eines zweiten Schwellenwertbetrags liegt, die Begrenzungseinrichtungs-Rollachsengrenze (505) von Null auf einen Nennwert ansteigt und die Begrenzungseinrichtungs-Nickachsengrenze (405) von dem Nennwert auf Null abfällt, wenn der Betrag des Gierachsensignals für die Funktionsbereichsbegrenzung von dem ersten Schwellenwertbetrag auf den zweiten Schwellenwertbetrag ansteigt.

6. Feuerleit- und Flugsteuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (920), die von einem Piloten betätigbar ist, wobei die Funktionsbereichsbegrenzungsbetriebsart-Anzeigeinrichtung anspricht auf das andauernde Aktivieren der Schalteinrichtung, um die Funktionsbereichsbegrenzungssignale (932) zu liefern, und die Funktionsbereichsbegrenzungsbetriebsart-Anzeigeeinrichtung auf das Deaktivieren der Schalteinrichtung anspricht, um die Funktionsbereichsbegrenzungssignale (932) zu entfernen.

7. Feuerleit- und Flugsteuersystem nach Anspruch 6, umfassend:

eine Feuerleitstatus-Angabeeinrichtung zum Bereitstellen eines Zulässigkeits-Feuerleitsignals (930), welches angibt, daß der Feuerleiteinrichtungs-Betriebsstatus sich innerhalb der Spezifikationen befindet;

eine Sensorstatus-Angabeeinrichtung zum Bereitstellen eines Zulässigkeits-Sensorsignals (928), welches angibt, daß der Sensorbetriebsstatus sich innerhalb der Spezifikationen befindet;

eine Einrichtung (927), die entweder auf das Zulässigkeits-Feuerleitsignal oder das Zulässigkeits-Sensorsignal anspricht, um ein Freigabesignal (926) zu bilden; und

wobei die Funktionsbereichsbegrenzungsbetriebs-Angabeeinrichtung auf das Vorhandensein des Freigabesignals anspricht, um die Funktionsbereichsbegrenzungssignale (932) während der dauernden Aktivierung der Schalteinrichtung zu liefern, und auf das Fehlen des Freigabesignals oder das Deaktivieren des Schalters anspricht, um die Funktionsbereichsbegrenzungssignale (932) zu entfernen.

8. Feuerleit- und Flugsteuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Fluglagennachführeinrichtung (115), die auf das Vorhandensein der Funktionsbereichsbegrenzungssignale und den Betrag der Funktionsbereichsbegrenzungs-Achsenbefehlssignale mit einem Betrag von mehr als Null anspricht, um den Betrag des Fluglagen- Rückkopplungsfehlersignals für die Gier- und Nickachse auf Null zu bringen.