DE69913602T2 - Flugzeug mit verminderter Flügelbelastung - Google Patents

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Thierry Bilange
Marie-Laure Divouz-Plantaz
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/02Initiating means
    • B64C13/16Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/0055Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot with safety arrangements
    • G05D1/0066Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot with safety arrangements for limitation of acceleration or stress

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flugzeug, bei dem die während des Flugs auf sein Tragwerk, insbesondere auf die Wurzel der Flügel wirkenden Belastungen vermindert sind. Sie bezieht sich auf Flugzeuge, die ein Kopfleitwerk besitzen, das im Allgemeinen als Ente bezeichnet wird und teilweise oder vollständig durch einen Flugbefehlrechner gesteuert werden kann, wie dies beispielsweise in den Schriften EP-A-0 193 442, FR-A-2 449 592 oder FR-A-2 719 548 beschrieben wird, das als der am nahesten liegende Stand der Technik betrachtet wird.
  • Durch die Patentschrift US-A-5 186 416 ist bereits ein System zur Verminderung der auf das Tragwerk eines Flugzeugs wirkenden Belastungen und der auf die Wurzel dieses Tragwerks wirkenden Belastungen bekannt. In diesem bekannten System werden mit dem Tragwerk verbundene aerodynamische Flächen verwendet, um den Ansatzpunkt des Gesamtauftriebs des Tragwerk näher an den Flugzeugrumpf zu bringen und so das Biegungsmoment zu verringern, das die Struktur des Flugzeugs an der Wurzel des Tragwerks aushalten muss, wenn das Flugzeug einer vertikalen Beschleunigung ausgesetzt ist, die über einem vorher festgelegten Schwellenwert liegt. Dieses bekannte System ist anwendbar, sowohl wenn eine Bö auf das Flugzeug einwirkt als auch wenn es als Reaktion auf eine willkürliche Handlung des Piloten ein Manöver, wie beispielweise eine Hilfsaktion, durchführt.
  • Da die Funktion dieses bekannten Systems auf dem Ausschlag der mit dem Tragwerk verbundenen aerodynamischen Flächen beruht, ergibt sich eine Begrenzung durch die Anzahl der zu diesem Zweck verfügbaren aerodynamischen Flächen. Im Übrigen ist die maximale Ausfederung jeder dieser aerodynamischen Flächen des verwendeten Tragwerks im Allgemeinen aus Schwingungsgründen („buffeting" – Rütteln) oder Gründen des Effektivitätsverlusts über einem bestimmten Schwellenwert begrenzt.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile durch bestmögliche Nutzung der tragenden aerodynamischen Flächen eines Flugzeugs mit einem Kopfleitwerk, um die gewünschte Manövrierbarkeit (Lastfaktor) zu erzielen.
  • Erfindungsgemäß ist dazu das Flugzeug, das Folgendes umfasst:
    • – ein Haupttragwerk,
    • – aerodynamische Höhensteuerungsflächen, die durch ein Organ zur willkürlichen Steuerung (Knüppel, Miniknüppel) gesteuert werden, das dem Piloten zur Verfügung steht und einen Ausschlagbefehl dm für die aerodynamischen Höhensteuerungsflächen erzeugt, und
    • – ein Kopfleitwerk (Ente), dessen Flächen durch die Wirkung von Betätigungselementen, die von Rechenmitteln gesteuert werden, gekoppelt in der Winkelausrichtung teilweise oder vollständig verstellbar sind, dadurch bemerkenswert, dass die genannten Rechenmittel:
    • – dauernd Folgendes erhalten:
    • – den vom Organ zur willkürlichen Steuerung erzeugten Ausschlagbefehl dm,
    • – den Messwert des Anstellwinkels αc des Kopfleitwerks,
    • – den Messwert der Machzahl M des Flugzeugs,
    • – den Messwert der Flughöhe Zp des Flugzeugs, und
    • – den Messwert der vertikalen Beschleunigung nz (Lastfaktor) des Flugzeugs;
    • – Folgendes im Speicher haben:
    • – einen Überziehungsschwellenwert dms für den Ausschlagbefehl dm, der vom Organ zur willkürlichen Steuerung erzeugt wird,
    • – die aerodynamischen Kennwerte des Kopfleitwerks, und
    • – einen ersten Schwellenwert nz1 der vertikalen Beschleunigung für den Messwert der vertikalen Beschleunigung nz des Flugzeugs;
    • – für das Kopfleitwerk einen Ausschlagbefehl dic berechnen, der einer Erhöhung von dessen Auftrieb entspricht, wenn gleichzeitig der vom Betätigungsorgan erzeugte Ausschlagbefehl dm den Überziehungsschwellenwert dms überschreitet und der Messwert der vertikalen Beschleunigung nz des Flugzeugs den ersten Schwellenwert nz1 der vertikalen Beschleunigung überschreitet; und
    • – mittels der genannten Betätigungselemente den so berechneten Ausschlagbefehl dic auf das Kopfleitwerk anwenden.
  • Wenn der Pilot des Flugzeugs das Flugzeug manövriert, indem er das Organ zur willkürlichen Betätigung betätigt, um ein Überziehungsnickmoment des Flugzeugs herbeizuführen (das heißt, dass der Pilot am Steuerknüppel zieht), wodurch der Anstellwinkel, der Gesamtauftrieb und die vertikale Beschleunigung des Flugzeugs erhöht werden, wird der Auftrieb des Kopfleitwerks des Flugzeugs selbst erhöht und gewährleistet einen Teil der Erhöhung des Gesamtauftriebs. Die Erhöhung des Auftriebs des Kopfleitwerks trägt also dazu bei, am Flugzeug die Erhöhung des Auftriebs des Tragwerks und folglich der auf es und insbesondere auf seine Wurzel wirkenden Belastungen zu begrenzen.
  • Es ist zu beachten, dass die Verringerung der auf das Tragwerk wirkenden Belastungen entsprechend der vorliegenden Erfindung während eines willkürlichen Manövers des Piloten (der Höhenausschlagbefehl liegt über dem ersten Schwellenwert) und über einer bestimmten vertikalen Beschleunigung des Flugzeugs (die über dem Schwellenwert nz1 liegt) erfolgt. So findet der Schutz des Tragwerks gemäß der vorliegenden Erfindung tatsächlich nur Anwendung, wenn die auf das Tragwerk und insbesondere auf dessen Wurzel wirkenden Belastungen einen kritischen Wert erreichen können, der die Unversehrtheit der Struktur des Tragwerks oder des Rumpfs gefährden kann, wenn das Flugzeug ein Flugmanöver durchführt. Dieser Schutz gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt also nur, um die maximalen Belastungen zu verringern und ist während des normalen Flugs nicht aktiv, um eine übermäßige Verwendung der dem Kopfleitwerk zugeordneten Betätigungselemente sowie eine Erhöhung des Luftwiderstands des Flugzeugs zu vermeiden.
  • So gestattet die vorliegende Erfindung in einem Flugzeug mit Kopfleitwerk die bestmögliche Nutzung aller tragenden Flächen, um den gewünschten Lastfaktor und somit die gewünschte Manövrierbarkeit zu erzielen.
  • Im Gegensatz zur vorstehend angeführten vorherigen Technik, bei der der Ansatzpunkt der aerodynamischen Flächen des Tragwerks verschoben wird, verringert die vorliegende Erfindung den Gesamtauftrieb des Tragwerks, indem die Auftriebsdifferenz auf das Kopfleitwerk übertragen wird.
  • Es ist jedenfalls zu beachten, dass die vorliegende Erfindung mit dieser vorherigen Technik kompatibel ist und es eventuell möglich ist, beide gleichzeitig an ein und demselben Flugzeug mit Kopfleitwerk anzuwenden, wobei eine der Techniken (die vorherige Technik) mit dem Tragwerk verbundene aerodynamische Flächen nutzt und die andere (die vorliegende Erfindung) auf das Kopfleitwerk wirkt.
  • Der durch die Rechenmittel auf das Kopfleitwerk angewandte Ausschlagbefehlerzeugt ein Nickmoment, dem sofort durch einen auf die aerodynamischen Höhensteuerungsflächen oder jegliche andere Flächen, die im Normalbetrieb des Flugzeugs ein Nickmoment entwickeln können, angewandten entsprechenden Befehls entgegengewirkt werden kann. Wenn das Flugzeug eine hintere Stabilisierungstragfläche (waagerechtes Leitwerk) besitzt, kann diese hintere Fläche allein zur Stabilisierung des Flugzeugs ausreichen, indem sie dem durch das Kopfleitwerk erzeugten Nickmoment durch eine Erhöhung ihres eigenen Auftriebs entgegenwirkt. Eine solche stabilisierende Aktion trägt somit auch zur Verringerung des Auftriebs des Tragwerks und somit der auf das Tragwerk wirkenden Belastungen und des auf dessen Wurzel wirkenden Moments bei.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsart der vorliegenden Erfindung haben die Rechenmittel einen zweiten Schwellenwert nz2 der vertikalen Beschleunigung für den Messwert der vertikalen Beschleunigung nz im Speicher, wobei dieser zweite Schwellenwert nz2 größer ist als der erste Schwellenwert nz1, und entspricht der genannte Ausschlagbefehl dic für das Kopfleitwerk zum einen einer zumindest annähernd linearen Veränderung des Auftriebs des Kopfleitwerks in Abhängigkeit von der vertikalen Beschleunigung nz, wenn diese zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert nz1 und nz2 der vertikalen Beschleunigung liegt, und zum anderen einer maximalen Auftriebsstufe Czcs, die unabhängig von der vertikalen Beschleunigung nz ist, wenn diese über dem zweiten Schwellenwert nz2 liegt.
  • So können die Rechenmittel also:
    • – ausgehend von den aerodynamischen Kennwerten den Auftriebskoeffizienten Czαc und den Nullauftriebsanstellwinkel αoc des Kopfleitwerks für die gemessene Machzahl M und die gemessene Höhe Zp bestimmen:
    • – ausgehend vom so bestimmten Auftriebskoeffizienten und dem Nullauftriebsanstellwinkel und ausgehend vom genannten Messwert des Anstellwinkels αc des Kopfleitwerks dessen Auftriebskoeffizienten Czc berechnen;
    • – die maximale Auftriebsstufe Czcs für die gemessene Machzahl M und die gemessene Höhe Zp bestimmen; und
    • – den Ausschlagbefehl dic mit der Formel: dic = (Czcs – Czc)/Czα × (nz – nz1)/(nz2 – nz1)berechnen.
  • Vorzugsweise betragen der erste und der zweite Schwellenwert der vertikalen Beschleunigung 2g beziehungsweise 2,5g (wobei g die Erdbeschleunigung ist).
  • Es ist vorteilhaft, dass die Rechenmittel im Speicher einen Hysteresewert der vertikalen Beschleunigung Δnz haben, um die Abnahme des Auftriebs des Kopfleitwerks in Abhängigkeit von der Abnahme der vertikalen Beschleunigung nz zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert nz2 und nz1 zu verzögern.
  • Wenn das Flugzeug eine Hauptvorrichtung zur Steuerung des genannten Kopfleitwerks über die Betätigungselemente umfasst, an die die genannte Hauptvorrichtung einen Ausschlagbefehl dicn sendet, ist es vorteilhaft, eine erste Zwischenvorrichtung des Typs Addieren oder Umschalter vorzusehen, deren Ausgang die Betätigungselemente steuert und deren zwei Eingänge den von den Rechenmitteln berechneten Ausschlagbefehl dic und den von der Hauptsteuervorrichtung erzeugten Ausschlagbefehl dicn erhalten.
  • So wird der Auftrieb des Kopfleitwerks, wenn die Bedingungen zur Verringerung der Tragwerksbelastungen vorliegen, entweder durch die Summe der Befehle dic und dicn oder durch den Befehl dic gesteuert.
  • Das Flugzeug kann außerdem eine zweite Zwischenvorrichtung ebenfalls vom Typ Addierer oder Umschalter umfassen, deren Ausgang die aerodynamischen Höhensteuerungsflächen steuert und deren zwei Eingänge einen von den Rechenmitteln erzeugten Ausschlagbefehl dqc, um dem durch das Kopfleitwerk erzeugten Nickmoment entgegenzuwirken, beziehungsweise den Ausschlagbefehl erhalten, der vom Organ zur willkürlichen Steuerung kommt.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich sowohl auf ein vollständig als auch ein teilweise verstellbares Kopfleitwerk. Dazu können sich die Flächen des Kopfleitwerks um eine Achse drehen, die quer zur Längsachse des Flugzeugs liegt, und/oder sie können mit Hinterkantenrudern versehen sein.
  • Die Figuren der beigefügten Zeichnung erleichtern das Verständnis dafür, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesen Figuren werden gleiche Elemente mit identischen Bezugszahlen bezeichnet.
  • 1 ist eine Perspektivansicht eines Transportflugzeugs mit erfindungsgemäßem Entenkopfleitwerk.
  • 2 ist das Übersichtsschema eines Ausführungsbeispiels des Systems zum Schutz des Tragwerks des Transportflugzeugs vor übermäßigen Belastungen.
  • 3 ist ein Diagramm, dass in Abhängigkeit von der vertikalen Beschleunigung die Veränderung des Auftriebs des Entenkopfleitwerks des Transportflugzeugs veranschaulicht,
  • 4 veranschaulicht eine Ausführungsvariante des Entenkopfleitwerks.
  • Das der vorliegenden Erfindung entsprechende Transportflugzeug 1, das in 1 dargestellt ist, umfasst einen Rumpf 2 mit der Längsachse X-X, an dem unter anderem zwei das Haupttragwerk bildende Flügel 3G und 3D, ein waagerechtes hinteres Leitwerk, das von zwei Stabilisierungsflächen 4G und 4D gebildet wird, und ein Entenkopfleitwerk mit zwei Entenflächen 5G und 5D, befestigt sind. Die beiden Flügel 3G und 3D, die beiden hinteren Stabilisierungsflächen 4G und 4D und die beiden vorderen Entenflächen 5G und 5D sind in Bezug auf die Längsachse X-X jeweils zueinander symmetrisch.
  • Die Flügel 3G und 3D tragen (nicht dargestellte) Klappen, Querruder, Schnäbel usw. sowie Antriebsmotoren (die dargestellt, jedoch nicht bezeichnet sind).
  • Jede der hinteren Stabilisierungsflächen 4G und 4D ist mit einem Höhenruder 6G oder 6D versehen und kann eventuell in der Winkelausrichtung durch Drehung um eine Querachse P-P, die senkrecht zur Längsachse X-X liegt, verstellt werden, wobei die hinteren Stabilisierungsflächen 4G und 4D rotationsgekoppelt sind.
  • Jede der vorderen Entenflächen 5G und 5D kann in der Winkelausrichtung durch Drehung um eine Querachse C-C, die senkrecht zur Längsachse X-X liegt, verstellt werden.
  • Wie in 2 zu sehen ist, ist dazu jede Entenfläche 5G, 5D fest mit einer Welle 7G, 7D verbunden, die frei in fest mit dem Flugzeug 1 verbundenen Lagern 8G, 8D rotiert.
  • Im Beispiel der 2 trägt jede Welle 7G, 7D einen Zapfen 9G, 9D, wobei die Zapfen jeweils gelenkig an Betätigungsorganen 10G, 10D, beispielsweise Zylindern, befestigt sind.
  • Ferner umfasst das Transportflugzeug 1 auf übliche Weise ein Organ zur willkürlichen Betätigung 11 des Typs Knüppel oder Miniknüppel, das dem Piloten zur Verfügung steht und einen Höhenbefehl dm erzeugen kann. Dieser Höhenbefehl wird zu einer Höhensteuerungsvorrichtung 12 übertragen, die den Höhenrudern 6G und 6D und/oder anderen (nicht dargestellten) aerodynamischen Flächen des Flugzeugs 1, die dieses in der Höhe steuern können, ein Höhensignal dq sendet.
  • Das Flugzeug 1 umfasst ebenfalls eine Vorrichtung 13, beispielsweise die in der Schrift FR-A-2 719 548 beschriebene Vorrichtung, die einen Nennausschlagbefehl dicn für die vorderen Entenflächen 5G und 5D erzeugt, der auf die Zylinder 10G und 10D angewandt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Rechner 14 vorgesehen, der einen Sicherheitsausschfagbefehl dic für die vorderen Entenflächen 5G und 5D berechnet, der zum Nennausschlagbefehl dicn hinzugesetzt werden soll. Dazu ist in der Verbindung 15 zwischen den Zylindern 10G und 10D zum einen und der Vorrichtung 13 und dem Rechner 14 zum anderen ein Addierer 16 zwischengeschaltet. Im Übrigen berechnet der Rechner 14 eventuell einen Ausschlagbefehl dqc für die Höhenruder 6G und 6D, um dem durch die vorderen Entenflächen 5G und 5D erzeugten Nickmoment entgegenzuwirken. Dieser Ausschlagbefehl dqc wird zu einem Addierer 17 geleitet, der in der Verbindung 18 zwischen der Höhensteuervorrichtung 12 und den Höhenrudern 6G und 6D eingefügt ist. Der Rechner 14 kann ebenfalls einen Befehl zur Veränderung der Winkelausrichtung der Stabilisierungsflächen 4G und 4D erzeugen, wenn diese um die Achse P-P verstellbar sind.
  • Der Rechner 14 erhält dauernd:
    • – den Ausschlagbefehl dm, der vom Organ zur willkürlichen Höhenbetätigung 11 erzeugt wird;
    • – den Messwert des Anstellwinkels αc des Kopfleitwerks 5G, 5D, der beispielsweise von einem (nicht dargestellten) Anstellwinkelmessfühler geliefert wird;
    • – den Messwert der Machzahl M, der von einem (nicht dargestellten) Machzahlmesser geliefert wird;
    • – den Messwert der Höhe Zp, der auf bekannte Weise von einem Höhenmesser oder (nicht dargestellten) Höhenmesssonden geliefert wird;
    • – den Messwert der vertikalen Beschleunigung nz, der auf bekannte Weise von einem Beschleunigungsmesser oder einem Gyrometer (die nicht dargestellt sind) geliefert wird.
  • Ferner hat der Rechner 14 Folgendes im Speicher:
    • – einen Überziehungsschwellenwert dms für den Ausschlagbefehl dm, wobei der genannte Schwellenwert dms zum Beispiel der Hälfte des Hubs des Organs zur willkürlichen Betätigung 11 in Richtung der Überziehung entspricht;
    • – die aerodynamischen Kennwerte CA des Kopfleitwerks 5G, 5D, die zumindest den Auftriebskoeffizienten Czαc und den Nullauftriebsanstellwinkel αoc umfassen. Diese aerodynamischen Kennwerte liegen beispielsweise in Form von Tabellen vor, die ihren Wert in Abhängigkeit von der Machzahl M und der Höhe Zp geben;
    • – einen Schwellenwert nz1 für die vertikale Beschleunigung nz des Flugzeugs 1, wobei dieser Schwellenwert nz1 beispielsweise gleich 2g ist (wobei g die Erdbeschleunigung ist);
    • – einen Schwellenwert nz2 für die vertikale Beschleunigung nz des Flugzeugs 1, wobei dieser Schwellenwert nz2 größer als der Schwellenwert nz1 und beispielsweise gleich 2,5g ist; und
    • – einen Hysteresewert der vertikalen Beschleunigung Δnz, der beispielsweise gleich 0,15g ist.
  • Der Rechner 14 funktioniert folgendermaßen:
    • – er bestimmt ausgehend von Tabellen, die die aerodynamischen Kennwerte CA des Kopfleitwerks 5G, 5D enthalten, die Werte des Auftriebskoeffizienten Czαc und von dessen Nullauftriebsanstellwinkel αoc, die den Messwerten der Machzahl M und der Höhe Zp entsprechen;
    • – er berechnet ausgehend vom Messwert des Anstellwinkels αc des Kopfleitwerks 5G, 5D und den vorstehend bestimmten Werten der Auftriebskoeffizienten Czαc und des Nullauftriebsanstelfwinkels αoc den Auftriebskoeffizienten Czc des Kopfleitwerks;
    • – er bestimmt ausgehend von Tabellen, die die aerodynamischen Kennwerte CA des Kopfleitwerks 5G, 5D enthalten, den maximal möglichen Auftrieb des Kopfleitwerks in Abhängigkeit vom Flugfall, von der Machzahl und der Höhe Zp. Er zieht von diesem maximalen Auftrieb eine Sicherheitsspanne ab, die so definiert ist, dass man sich von den atmosphärischen Störungen freimacht, die während des Manövers auftreten und das Kopfleitwerk in Ablösungs- oder Rüttelzustände bringen können, sodass man einen maximal zulässigen Auftrieb Czcs für das Kopfleitwerk erhält. Der maximal zulässige Auftrieb Czcs wird zum Beispiel so gewählt, dass er gleich 90% des maximal möglichen Auftriebs ist;
    • – er berechnet in dem Fall, in dem die gemessene vertikale Beschleunigung nz den Schwellenwert nz1 überschreitet, einen Ausschlagbefehl dic für das Kopfleitwerk, sodass dic = (Czcs – Czc)/Czαc × (nz – nz1)/(nz2 – nz1);
    • – und, wenn der vom Organ zur willkürlichen Betätigung ausgegebene Ausschlagbefehl dm über dem Überziehungsschwellenwert dms liegt, wendet er diesen Ausschlagbefehl dic auf das Kopfleitwerk 5G, 5D an.
  • Wenn die vertikale Beschleunigung nz des Flugzeugs 1 den Schwellenwert nz1 überschreitet und diese Beschleunigung vom Piloten gewünscht wird (da dm größer ist als dms), schwenkt das System der 2 so das Kopfleitwerk 5G, 5D, um dessen Auftrieb bis zum zulässigen Maximalwert Czcs zu erhöhen, der für den Wert nz2 der vertikalen Beschleunigung nz erreicht wird.
  • Dies wird durch das Diagramm der 3 veranschaulicht, die zeigt, dass
    • – wenn die vertikale Beschleunigung nz unter dem Schwellenwert nz1 liegt, der Auftrieb des Kopfleitwerks 5G, 5D auf einem Niveau Czcn liegt, das von der Vorrichtung 13 bestimmt wird;
    • – wenn die vertikale Beschleunigung nz den Schwellenwert nz1 überschreitet, der Auftrieb des Kopfleitwerks 5G, 5D zunimmt, bis er den Wert Czcs beim Schwellenwert nz2 erreicht;
    • – wenn die vertikale Beschleunigung über nz2 ansteigt, wird der Auftrieb des Kopfleitwerks 5G, 5D weiter auf dem Niveau des maximal zulässigen Werts Czcs stabil gehalten;
    • – wenn die vertikale Beschleunigung nz abnimmt, wird die Abnahme des Auftriebs des Kopfleitwerks 5G, 5D um den Hysteresewert Δnz verzögert, sodass diese Abnahme erst beginnt, wenn der Wert der vertikalen Beschleunigung gleich nz2–Δnz ist, und endet, wenn der Wert der vertikalen Beschleunigung gleich nz1–Δnz ist.
  • Die auf die Verzögerung Δnz zurückzuführende Hysterese, die vom Rechner 14 eingeführt wurde, soll der Stabilität des Flugzeugs 1 bei Manövern mit einem nicht stabilisierten Lastfaktor nicht schaden. In der Tat wirkt sich die Veränderung des Auftriebs der Ente sofort auf die Stabilität des Flugzeugs aus und man will sich von einer eventuellen Verzögerung der Höhenstabilisierung freimachen.
  • Es ist zu beachten, dass das hintere waagerechte Leitwerk 4G, 4D eine passive Stabilisierungshöhenwirkung ausübt, wenn sich der Auftrieb des Kopfleitwerks 5G, 5D verändert. Wenn diese passive Stabilisierungswirkung nicht ausreicht, kann der Rechner mit Hilfe des Addierers 17 und der Verbindung 18 an die Höhenruder 6G, 6D und eventuell das hintere waagerechte Leitwerk 4G, 4D, wenn dieses in der Ausrichtung verstellbar ist, einen Höhenstabilisierungsbefehl dqc richten.
  • In der vorstehenden Beschreibung wurde angenommen, dass die Vorrichtungen 16 und 17 Addierer waren, die die Befehle dicn und dic beziehungsweise die Befehl dqc und dq summieren. Es ist leicht zu verstehen, dass die Vorrichtungen 16 und 17 Schalter sein könnten, die an das Kopfleitwerk 5G, 5D den Befehl dic oder den Befehl dicn beziehungsweise an die Höhenruder 6G, 6D (und eventuell an das hintere Leitwerk 4G, 4D) den Befehl dq oder den Befehl dqc richten.
  • Im Übrigen ist in den 1 und 2 gezeigt worden, dass die Flächen 5G und 5D des Kopfleitwerks im Block um die Querachse C-C schwenkbar waren. In 4 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, in der die Flächen 5G1 und 5D1 des Kopfleitwerks fest, aber mit Hinterkantenrudern 19G beziehungsweise 19D versehen sind, die durch Zylinder 20G und 20D betätigt werden, die die Befehle dic und/oder dicn erhalten.
  • Obwohl diese zweite Variante nicht dargestellt ist, können die schwenkbaren Flächen 5G und 5D des Kopfleitwerks der 2 natürlich ebenfalls mit Hinterkantenrudern versehen sein, die den Rudern 19G und 19D ähneln.

Claims (11)

  1. Flugzeug, das Folgendes umfasst: – ein Haupttragwerk (3G, 3D), – aerodynamische Höhensteuerungsflächen (6G, 6D), die durch ein Organ zur willkürlichen Steuerung (11) gesteuert werden, das dem Piloten zur Verfügung steht und einen Ausschlagbefehl dm für die aerodynamischen Höhensteuerungsflächen (6G, 6D) erzeugt, und – ein Kopfleitwerk (5G, 5D), dessen Flächen durch die Wirkung von Betätigungselementen (10G, 10D), die von Rechenmitteln (14) gesteuert werden, gekoppelt in der Winkelausrichtung teilweise oder vollständig verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Rechenmittel (14): – dauernd Folgendes erhalten: – den vom Organ zur willkürlichen Steuerung (11) erzeugten Ausschlagbefehl dm, – den Messwert des Anstellwinkels αc des Kopfleitwerks (5G, 5D), den Messwert der Machzahl M des Flugzeugs, – den Messwert der Flughöhe Zp des Flugzeugs, und – den Messwert der vertikalen Beschleunigung nz des Flugzeugs; – Folgendes im Speicher haben: – einen Überziehungsschwellenwert dms für den Ausschlagbefehl dm, der vom Organ zur willkürlichen Steuerung (11) erzeugt wird, – die aerodynamischen Kennwerte (CA) des Kopfleitwerks, und – einen ersten Schwellenwert nz1 für den Messwert der vertikalen Beschleunigung nz des Flugzeugs; – für das Kopfleitwerk (5G, 5D) einen Ausschlagbefehl dic berechnen, der einer Erhöhung von dessen Auftrieb entspricht, wenn gleichzeitig der vom Betätigungsorgan erzeugte Ausschlagbefehl dm den Überziehungsschwellenwert dms überschreitet und der Messwert der vertikalen Beschleunigung nz des Flugzeugs den genannten ersten Schwellenwert nz1 überschreitet; und – mittels der genannten Betätigungselemente (10G, 10D) den so berechneten Ausschlagbefehl dic auf das Kopfleitwerk (5G, 5D) anwenden.
  2. Flugzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel (14) einen zweiten Schwellenwert nz2 der vertikalen Beschleunigung für den Messwert der vertikalen Beschleunigung nz im Speicher haben, wobei dieser zweite Schwellenwert nz2 größer ist als der erste Schwellenwert nz1 der vertikalen Beschleunigung, und dadurch, dass der genannte Ausschlagbefehl dic für das Kopfleitwerk (5G, 5D) zum einen einer zumindest annähernd linearen Veränderung des Auftriebs des Kopfleitwerks (5G, 5D) in Abhängigkeit von der vertikalen Beschleunigung nz entspricht, wenn diese zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert nz1 und nz2 der vertikalen Beschleunigung liegt, und zum anderen einer maximalen Auftriebsstufe Czcs, die unabhängig von der vertikalen Beschleunigung nz ist, wenn diese über dem zweiten Schwellenwert nz2 der vertikalen Beschleunigung liegt.
  3. Flugzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel (14): – ausgehend von den genannten aerodynamischen Kennwerten (CA) den Auftriebskoeffizienten Czαc und den Nullauftriebsanstellwinkel αoc des Kopfleitwerks (5G, 5D) für die gemessene Machzahl M und die gemessene Höhe Zp bestimmen; – ausgehend vom genannten Auftriebskoeffizienten und dem Nullaaftriebsanstellwinkel, die so bestimmt wurden, und ausgehend vom Messwert des Anstellwinkels αc des Kopfleitwerks (5G, 5D) dessen Auftriebskoeffizienten Czc berechnen; – die maximal mögliche Auftriebsstufe Czcs für die gemessene Machzahl M und die gemessene Höhe Zp bestimmen, und – den Ausschlagbefehl dic mit der Formel dic = (Czcs – Czc)/Czαc × (nz – nz1)/(nz2 – nz1) berechnen.
  4. Flugzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellenwert nz1 der vertikalen Beschleunigung 2g beträgt.
  5. Flugzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellenwert nz2 der vertikalen Beschleunigung 2,5g beträgt.
  6. Flugzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel (14) einen Hysteresewert der vertikalen Beschleunigung Δnz im Speicher haben, um die Abnahme des Auftriebs des Kopfleitwerks (5G, 5D) in Abhängigkeit von der Abnahme der vertikalen Beschleunigung nz zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert nz2 und nz1 zu verzögern.
  7. Flugzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Hysteresewert Δnz 0,15g beträgt.
  8. Flugzeug nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, in dem eine Hauptvorrichtung (13) zur Steuerung des genannten Kopfleitwerks (5G, 5D) über die Betätigungselemente (10G, 10D19G, 19D) vorgesehen ist, an die sie einen Ausschlagbefehl dicn sendet, dadurch gekennzeichnet, dass es eine erste Zwischenvorrichtung (16) umfasst, deren Ausgang die Betätigungselemente steuert und dessen zwei Eingänge den von den Rechenmitteln (14) berechneten Ausschlagbefehl die beziehungsweise den von der Hauptsteuervorrichtung (13) erzeugten Ausschlagbefehl dicn erhalten.
  9. Flugzeug nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zweite Zwischenvorrichtung (17) umfasst, deren Ausgang die aerodynamischen Höhensteuerungsflächen (6G, 6D) steuert und deren zwei Eingänge einen von den Rechenmitteln (14) erzeugten Ausschlagbefehl dqc, um dem durch das Kopfleitwerk (5G, 5D) erzeugten Nickmoment entgegenzuwirken, beziehungsweise den Ausschlagbefehl dq erhalten, der vom Organ zur willkürlichen Steuerung (11) kommt.
  10. Flugzeug nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Flächen (5G, 5D) des Kopfleitwerks um eine Achse (C-C) drehen, die quer zur Längsachse (X-X) liegt.
  11. Flugzeug nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (5G, 5D) des Kopfleitwerks mit Hinterkantenrudern versehen sind.
DE69913602T 1998-04-29 1999-04-16 Flugzeug mit verminderter Flügelbelastung Expired - Lifetime DE69913602T2 (de)

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