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Einrichtung zur Belastung von Steuerungen von am Boden befindlichen
Flugübungsgeräten Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Steuerbelastung bei Flugübungsgeräten,
die nachgebildete Flugzeuginstrumente und Steuerungen an einem am Boden befindlichen
Führerstand benutzen.
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Beim wirklichen Flug führt das Flugzeug eine Winkel- oder Drehbewegung
um seine Achsen aus, die im allgemeinen als X-, Y- und Z-Achsen bezeichnet werden,
und zwar je nach den Drehmomenten, die durch Auslenkung der Querruder, Höhenruder
und Seitenruder erzeugt werden. Bei Flugübungsgeräten ist es bisher allgemein üblich
gewesen, zur Darstellung der Steuerbelastung eine Ableitungsvorrichtung, z. B. ein
Potentiometer, von jeder Steuervorrichtung zu betätigen, um eine Steuergröße in
Abhängigkeit von der Auslenkung der Steuervorrichtung aus einer Neutrallage zu erzeugen.
Das Potentiometer oder die äquivalente Vorrichtung zur Ableitung der Steuergröße
wird von einer Spannung oder einer Steuergröße gespeist, die sich gemäß einer geeigneten
Funktion der Eigengeschwindigkeit (Luftgeschwindigkeit) ändert. Die von dem Potentiometer
bei der Steuerbetätigung abgegriffene Spannung- ist ein Maß für das in Abhängigkeit
von der Steuerauslenkung aus der neutralen Lage erzeugte Drehmoment.
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In der Praxis steuert der Flugzeugführer das Flugzeug nicht notwendigerweise
gemäß der Steuerauslenkung, sondern gemäß dem auf die Steuerung ausgeübten Druck.
Der Flugzeugführer beurteilt also
die Treue der Nachbildung des
Übungsgerätes auf Grund des Ansprechens der Instrumente sowohl auf einen Steuerdruck
als auch auf eine Auslenkung. Aus diesem Grund kann eine getreuere Nachbildung dadurch
erhalten werden, daß eine Steuergröße erzeugt wird, die einem Drehmoment entspricht,
das sowohl durch auf den Steuerdruck als auch auf die Steuerauslenkung ansprechende
Mittel bestimmt wird.
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Diese Anordnung hat den weiteren Vorteil, daß die Druck-Auslenkungs-Eigengeschwindigkeits-Charakteristik
des Steuerbelastungssystems in dem Übungsgerät nicht so genau wiedergegeben zu werden
braucht, wenn z. B. ein druckbetätigtes Potentiometer verwendet wird, als wenn eine
Auslenkungsbetätigung allein benutzt wird. Dies rührt von der Tatsache her, daß
die abgeleitete Momentenspannung beim wirklichen Flugzeug eine Druckfunktion der
Steuerung ist, daß jedoch die Nachbildung der Beziehung zwischen der Steuerauslenkung
und dem Druck bei jeder nachgebildeten Eigengeschwindigkeit sehr genau sein muß,
wenn sie in dem Übungsgerät mit der Steuerauslenkung in Beziehung gebracht wird.
Als weiterer Vorteil ergibt sich daher, daß ein einfacheres und wirtschaftlicheres
Übungsgerät verwendet werden kann, weil die Druck-Auslenkungs-Kurven für irgendeine
gegebene Eigengeschwindigkeit bei einem übungsgerät, bei dem die Momentenspannungen
von den druckempfindlichen Vorrichtungen abgeleitet werden, nicht so genau eingestellt
zu werden brauchen.
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Ein Hauptziel der Erfindung ist es daher, eine getreuere Nachahmung
des »Steuergefühls« der Flugzeugsteuerung beim tatsächlichen Flug zu schaffen, indem
Steuergrößen abgeleitet werden, welche die Steuermomente sowohl entsprechend dem
vom Flugzeugführer auf die betreffende Steuerung ausgeübten Druck als auch entsprechend
der Auslenkung selbst darstellen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Ansprechen
auf die Steuerbelastung durch eine Nachlaufsteuerung zu erreichen, die auf Faktoren
anspricht, welche sowohl die Steuerauslenkung als auch den Druck darstellen, den
der Flugzeugführer auf die Steuerung ausübt.
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Gemäß der Erfindung ist eine nachgebildete Flugzeugsteuerung mit einer
Vorrichtung zur Messung der Kraft (oder des Druckes) verbunden, die vorgesehen ist,
um eine Steuergröße abzuleiten, die dieser Kraft entspricht, und sie ist ferner
mit einer Vorrichtung zur Ableitung einer Steuergröße verbunden, die eine kombinierte
Funktion der Eigengeschwindigkeit und der Steuerauslenkung ist. Die Vorrichtung
zur Messung der Kraft kann ihrerseits durch eine Nachlaufeinrichtung, z. B. durch
einen hydraulischen Widder, verstellt werden, der auf die erwähnten Steuergrößen
gemeinsam anspricht, so daß die tatsächliche Steuerbelastung für einen augenblicklichen
Zustand eine Resultierende von verschiedenen Faktoren darstellt, zu denen die Eigengeschwindigkeit,
die Steuerauslenkung und der Steuerdruck gehören.
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Die Erfindung wird im folgenden ausführlicher im Zusammenhang mit
den Zeichnungen beschrieben, wobei sich weitere Merkmale und Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes
ergeben. In den Zeichnungen ist Fig. i eine teilweise planartige und schematische
Darstellung eines Belastungssystems für nachgebildete Flugzeugsteuerungen gemäß
der Erfindung, und zwar insbesondere in Anwendung auf ein nachgebildetes Höhensteuer;
Fig.2 ist ein Schnitt durch ein -zylindrisches Steuerventil, das bei der Anlage
nach Fig. i benutzt wird, und Fig.3 ist eine schematische Darstellung einer abgeänderten
Form der Kraftmeßeinrichtung nach Fig. i.
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In Fig. i ist eine nachgebildete Flugzeugsteuerung mit einem Höhensteuer
oder Knüppel i dargestellt, der mit einem kombinierten Gerät 2 zur Messung der Kraft
und zur hydraulischen Nachlaufsteuerung verbunden ist. Dieses Meß- und Nachlaufgerät,
welches die »Belastung« der Steuerung bestimmt, d. h. den Widerstand gegenüber der
Bewegung der Steuerung durch den Flugzeugführer in einer von der neutralen Lage
abweichenden Richtung, wird durch eine Reihe von Faktoren beeinflußt; hierzu gehört
die kombinierte Wirkung der Knüppelverstellung und der nachgebildeten Eigengeschwindigkeit,
die durch das Potentiometer 3 oder äquivalente Mittel dargestellt wird, welches
eine Steuergröße erzeugt, die einen Faktor der Belastungskraft für eine gegebene
Eigengeschwindigkeit und Steuerauslenkung darstellt, ferner die Kraft oder der Druck,
der von dem Flugzeugführer auf den Knüppel tatsächlich ausgeübt und durch das Potentiometer
4 dargestellt wird, ferner das Ausmaß der Betätigung der hydraulischen Nachlaufvorrichtung,
das durch das Potentiometer 5 dargestellt wird, untl der Betrag der Trimmung, der
durch das Potentiometer 6 angegeben wird. Die abgeleiteten Steuergrößen oder Spannungen
von den verschiedenen Ableitvorrichtungen oder Potentiometern werden dazu benutzt,
über einen Summierungsverstärker 7 und einen Motor 8 die Stellung eines Betätigungsventils
g zu steuern, das seinerseits den sogenannten hydraulischen Widder oder eine Nachlaufeinrichtungio
betätigt.
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Auch andere Faktoren haben in verschiedenem Maß Einfluß auf die Steuerbelastung,
wie z. B. der Anstellwinkel, die Neigungsänderung, der Schub usw. ; diese Faktoren
können berücksichtigt werden, wenn eine genaue Nachbildung der Steuerbelastung erforderlich
ist. Die im folgenden beschriebene Anlage genügt jedoch zur Ausbildung und zur Anwendung
der Erfindung innerhalb vernünftiger wirklichkeitsgetreuer Grenzen.
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Die Steuerbelastungsanlage der Fig. i ist in Verbindung mit nur einer
Steuerung, _ nämlich dem Höhensteuer oder der Knüppelsteuerung, dargestellt. Da
die Steuereinrichtungen für das Querruder und das Seitenruder im wesentlichen ähnlich
ausgebildet sind, wird eine zusätzliche Beschreibung dieser Steuerungen als überflüssig
und als für das volle Verständnis der Erfindung nicht erforderlich angesehen. Die
Anwendung der Steuerbelastungsanlage auf die Querruder- und Seitenrudersteuerung
ist für den Fachmann ohne weiteres der Beschreibung
in Verbindung
mit den Zeichnungen zu entnehmen.
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Der Steuerknüppel 1 ist auf einer Welle 11 schwenkbar gelagert, so
daß er nach vorn und hinten bewegt werden kann und so das »Sinken« und »Steigen«
des Flugzeuges nachgebildet wird. Das untere Ende des Knüppels ist gelenkig mit
einer Stange 12 verbunden, .auf der ein Kolben 13 befestigt ist, der an seinen beiden
gegenüberliegenden Seiten von zwei Federn 14 und 15 beaufschlagt wird, die sich
im Innern eines Zylinders 16 befinden. Die festen Enden dieser Federn sind an einer
einstellbaren Abschlußscheibe 17 bzw. an einer Innenwand 18 befestigt, so daß die
Federn bei einer gegebenen Stellung des Zylinders 16 das Bestreben haben, den Kolben
und infolgedessen auch den Steuerknüppel s in die Mittellage zu bewegen. Der Zylinder
16 kann in Längsrichtung durch einen hydraulischen Widder oder eine Nachlaufvorrichtung
1o in einer weiter unten beschriebenen Weise verstellt werden.
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Die Federn 14 und 15 sind zwischen ihren Widerlagern und. dem Kolben
13 mit Vorspannung eingesetzt, indem die Abschlußplatte 17 so eingestellt ist, daß
die Federn etwa die Hälfte der geschätzten maximalen Druckkraft ausüben. Das Gerät
ist daher seiner Wirkung nach ein Dynamometer, da die relative Bewegung zwischen
dem Kolben 13 und dem Zylinder 16 ein Maß für die von dem Knüppel über den Stab
12 ausgeübte Kraft ist.
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Um eine Steuergröße entsprechend der erwähnten Kraftmessung zu erhalten,
ist das Potentiometer 4 in dem Zylinder 16 in geeigneter Weise innerhalb eines Endabschnittes
angebracht, der von der Wandung 18 und einerEndwandung 16' gebildet wird. Das Potentiometer
ist mit einem Schleifkontakt 2o versehen, der auf der Stange 12 befestigt und von
ihr in passender Weise isoliert ist. Der Kontakt 2o kann z. B. auf einer isolierenden
Scheibe 21 angebracht sein, die mit Hilfe von Muttern 22 auf dem mit Gewinde versehenen
Teil der Stange 12 einstellbar befestigt ist. Das dargestellte Potentiometer ist
mit einer geerdeten Mittelanzapfung 23 versehen, und der Schleifkontakt 2o ist so
eingestellt, daß er auf diese Anzapfung zentriert ist, wenn der Kolben 13 frei in
der Mitte zwischen den Federn steht. Die Endklemmen 24 und 25 sind mit einer Spannungsquelle
von gegenphasiger Wechselspannung verbunden, die die in der Zeichnung angedeuteten
Augenblickswerte der Polarität aufweist; der Schleifkontakt ist über eine Leitung
26 an den Eingang eines Summierungsverstärkers 7 über einen Anpassungswiderstand
27 angeschlossen.
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Die Lage des Zylinders 16 wird durch den schnell wirkenden hydraulischen
Widder 1o bestimmt, der einen langgestreckten Zylinder 3o aufweist, welcher auf
einem Erde schwenkbar an einem festen Träger 31 gelagert ist, so daß er eine Schwenkbewegung
ausführen kann. Ein Kolben 32 ist mit Hilfe einer Stange 33 mit der Endwandung 16'
des Zylinders verbunden, wie aus der Zeichnung hervorgeht, und kann im Innern des
Zylinders eine hin- und hergehende Bewegung ausführen, je nach dem hydraulischen
Druck, der den einander gegenüberliegenden Enden des Zylinders durch die Öffnungen
34 und 35 wahlweise zugeführt wird. Diese Öffnungen sind durch Rohre 36 und 37 mit
einem Steuerventil 9 verbunden, welches eine schnelle Arbeitsweise hat.
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Eine vergrößerte Ansicht einer vereinfachten Ausführungsform eines
zylindrischen Steuerventils, das keine »toten« Zonen aufweist, ist in Fig. 2 dargestellt.
Das Ventilgehäuse 38 ist mit einer zentralen Querböhrung 39 versehen, in der die
Ventilspindel 4o hin-und herbewegt werden kann. In der neutralen Stellung, die in
der Zeichnung dargestellt ist, bedecken die Ventile 41 und 42 die Auslaßöffnungen
45 bzw. 46, und das Ventil 43 bedeckt den Auslaßkanal 44, so daß kein Druckmittel
von dem Druckeinlaß in den Zylinder 1o des Widders über die Auslaßöffnungen 36d,
37" und die Leitungen 36, 37 eingelassen wird. Es ist ersichtlich, daß eine
seitliche Bewegung der Ventilspindel 40 in irgendeiner Richtung sowohl den Druckeinlaßkanal
als auch eine der Auslaßöffnungen verschieden weitöffnet, so daß Drucköl auf die
eine oder andere Seite des Widderkolbens 32 gelangt.
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Die Auslaßöffnungen 45 und 46 werden in üblicher Weise durch die Ventile
41 und 42 gesteuert, um das zurückkehrende Öl einem Rohr 47 zuzuführen, welches
zu einem Ölsumpf 48 (Fig. 1) führt. Der Druckeinla.ß 44 ist durch ein Rohr 49 mit
einer geeigneten Hilfsdruckquelle, z. B. einer Zentrifugalpumpe 50 mit hoher
Umlaufgeschwindigkeit, verbunden, die von einem 'Motor 51 mäßiger Leistung mit konstanter
Geschwindigkeit angetrieben wird. Das rücklaufende Öl wird von dem Sumpf 48 über
eine Leitung 52 dem Pumpeneinlaß zugeleitet.
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Die Betätigungsvorrichtung für das Steuerventil 9 enthält einen Zweiphasenwechselstrommotor
8, der gemäß der Ausgangsspannung des Verstärkers 7 erregt wird. Der Motor wird
in üblicher Weise mittels einer Wicklung 53, die mit einer Wechselstrombezugsspannungsquelle
verbunden ist, und mittels einer Steuerwicklung 54 angetrieben, die mit der Ausgangsseite
des Verstärkers 7 über einen go°-Phasenschieber in, Verbindung steht. Der Motor
ist in geeigneter Weise z. B. über ein Untersetzungsgetriebe usw. mit der Ventilspindel
40 verbunden, um die Ventile in der einen oder anderen Richtung in Übereinstimmung
mit der Richtung der Verstärkerausgangsspannung zu verschieben. Ein Kurbeltrieb
55 kann z. B. benutzt werden, um den Motor über den Getriebekasten mit der Ventilspindel
bei 40, zu verbinden und die Ventile gegenüber den betreffenden Öffnungen genau
einzustellen. Das gegenüberliegende Ende der Ventilspindel ist bei 40d in ähnlicher
Weise über einen Kurbeltrieb 56 mit dem Schleifkontakt 57 des Ventilpotentiometers
5 verbunden. Der Schleifkontakt ist auf die geerdete Mittelanzapfung des Potentiometers
eingestellt, wenn das Ventil sich in seiner neutralen Stellung befindet, d. h. wenn
die Druckeinlaßöffnung 44 geschlossen ist; die Klemmen des Potentiometers werden
von einer gegenphasigen Wechselspannung gespeist, welche die angezeigte Polarität
haben kann. Der Schleifkontakt 57 ist durch eine Leitung 58 mit der Eingangsseite
des Verstärkers 7 über einen Anpassungswiderstand 59 verbunden.
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Zu den übrigen elektrischen Eingangsspannungen für den Verstärker
7 gehört eine an dem Schleifkontakt 6o
des Potentiometers 3 abgegriffene
Spannung, welche eine kombinierte Funktion der Eigengeschwindigkeit und derSteuerauslenkung
darstellt, und eine Spannung, welche die Wirkung der nachgebildeten Höhensteuertrimmung
am Schleifkontakt 61 des Trimmpotentiometers 6 darstellt. Der Schleifkontakt 6o
des Potentiometers 3 ist durch eine Leitung 6o' mit der Eingangsseite des Verstärkers
7 verbunden und wird in geeigneter Weise durch mechanische Mittel, die bei 62 angedeutet
sind, entsprechend der Stellung des Knüppels i eingestellt. Das Potentiometer 3
hat eine geerdete Mittelanzapfung und wird an seinen Enden mit einer gegenphasigen
Wechselspannung gespeist, welche die angegebene Polarität hat und gemäß dem Quadrat
der nachgebildeten Eigengeschwindigkeit v, veränderlich ist. Die Eigengeschwindigkeitsspannung
wird ihrerseits von einem doppelten Potentiometer 64, 65 abgegriffen, dessen beide
Abschnitte einen geeigneten Umriß haben oder in an sich bekannter Weise so bemessen
sind, daß Spannungen gemäß einer quadratischen Funktion abgegriffen werden können.
Die betreffenden Schleifkontakte 66 und 67 werden gemeinsam gemäß der nachgebildeten
Eigengeschwindigkeit -durch geeignete Mittel, z. B. eine von Hand verstellbare Scheibe
68, eingestellt oder, wenn das Gerät in einem Flugrechengerät benutzt wird, durch
den Eigengeschwindigkeitsservomotor. Das doppelte Potentiometer 64, 65 wird, wie
dargestellt, von einer gegenphasigen Wechselspannung gespeist, und die an den Kontakten
66 und 67 abgegriffenen Spannungen, welche -v2 bzw. + v2 darstellen, werden durch
Leitungen 69 und 7o den Klemmen desPotentiometers3 zugeführt.
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Das Potentiometer 6 wird ebenfalls durch gegenphasige Werte
von vi über Leitungen 71, 72, die mit den Schleifkontakten 66 und 67 in Verbindung
stehen und die an die Klemmen des Potentiometers 6 angeschlossen sind, gespeist,
während der Schleifkontakt 61 des Potentiometers 6 durch eine Leitung 61' mit der
Eingangsseite des Verstärkers -7 verbunden ist. Der Schleifkontakt wird mit einer
von Hand bedienbaren Einstellscheibe 63 je nach der nachgebildeten Trimmung eingestellt.
Es sei darauf hingewiesen, daß die mechanischen Verbindungen der verschiedenen Potentiometer
im Bedarfsfall geeignete Untersetzungsgetriebe zur Ableitung der genauen Spannungswerte
enthalten können.
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Die Funktionen der oben beschriebenen Potentiometer lassen sich dahingehend
zusammenfassen, daß von dem Steuerausschlags-Potentiometer 3 eine Wechselspannung
ei abgeleitet wird, welche eine Belastungskraftkomponente darstellt, die eine kombinierte
Funktion der Eigengeschwindigkeit und der Knüppelauslenkung ist und sich in Phase
und Richtung gemäß der Richtung der Auslenkung ändert; von dem Kraftpotentiometer
4 wird eine Spannung er abgeleitet, welche den Steuerdruck oder die Steuerkraft
darstellt, die von dem Flugzeugführer ausgeübt werden und in Phase oder Richtung
sich mit der Richtung der Kraft ändern; von dem Ventilpotentiometer 5 wird eine
Spannung er abgeleitet, welche den Grad der Ventilöffnung darstellt und nach
Phase oder Richtung sich gemäß der Durchlaßöffnung ändert, welcher der Druck zugeführt
wird; von dem Trimmungspotentiometer 6 schließlich wird eine Spannung eT abgeleitet,
die nach Größe und Phase je nach Betrag und Richtung der Trimmung schwankt. Diese
Spannungen sind so gepolt, daß er und eF Gegenspannungen für die Eingangsspannungen
ea und ep mit entgegengesetzter Phase bilden. Wenn zusätzliche Eingangsspannungen
z. B. für den Anstellwinkel usw., wie oben erwähnt, benutzt werden, um die Steuerbelastung
zu beeinflussen, dann werden sie mit einer für die Nachbildung geeigneten Phasenlage
zugeführt.
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Die resultierende (algebraische Summen-) Spannung des Verstärkers
7 entspricht daher der Änderung der Kraft, welche erforderlich ist, um den Augenblickswert
der Steuerbelastung darzustellen.Die resultierende Spannung ist Null, wenn die Kraft
an dem Steuerknüppel richtig ist. Wenn die resultierende Spannung nicht gleich Null
ist, dann erzeugt sie eine Nachlaufbewegung des hydraulischen Widders, so daß eine
Knüppelkraft und von der Steuerstellung abhängige Spannungen erzeugt werden, die
ihrerseits die Ausgangsspannungen zu Null machen, so daß die richtige Kraft oder
Steuerauslenkung allen übrigen Eingangssignalen entspricht.
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Die Wirkungsweise des Gerätes ist folgende: Es sei angenommen, der
Flugzeugführer fliegt waagerecht mit konstanter Eigengeschwindigkeit und zieht den
Knüppel zurück, um ein Steigmanöver nachzuahmen. Da der hydraulische Widder den
Zylinder 16 anfangs ortsfest hält, da beide Ausgangsventile 41 und 42 geschlossen
sind, wird die Feder 14 zusammengedrückt, da der Stab 12 sich nach links bewegt,
und eine Spannung + er wird an dem Kraftpotentiometer 4 abgegriffen. In demselben
Augenblick wird eine Spannung -ea an dem Auslenkungspotentiometer 3 abgeleitet.
Wenn diese Spannungen gleiche Größe haben sollten (in der Annahme, daß keine Trimmung
notwendig ist), ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 7 gleich Null, und das
Ventil bleibt in der neutralen Lage stehen. Die Spannung er ist daher gleich Null.
Für diese angenommene augenblickliche Stellung ist die Steuerbelastungskraft der
Federn der angenommenen Eigengeschwindigkeit und der Höhensteuerauslenkung angepaßt.
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Wenn nun die nachgebildete Eigengeschwindigkeit infolge des sich ergebenden
Steigens abnimmt, dann nimmt die Spannung ea infolge der Verringerung von v@ ab,
und die Spannung er überwiegt. Die resultierende Spannung des Verstärkers
7 dreht den Motor 8 in einer solchen Richtung, daß das Ventil 43 geöffnet wird,
so daß das Druckmittel in die Öffnung 37" einströmen kann, während gleichzeitig
das Ventil 41: die Auslaßöffnung 45 öffnet, so daß das Drucköl der rechten Seite
des Kolbens 32 zuströmt und der Widder io den Federzylinder 16 nach links bewegt.
Dieser Vorgang schwächt die Spannung an der Feder 14 und verringert die Belastung
an dem Steuerknüppel. Der Flugzeugführer fühlt daher eine leichtere Belastung der
Steuerung infolge der nachgebildeten Abnahme der Eigengeschwindigkeit. Zur gleichen
Zeit erhöht sich, wenn das Ventil 43 geöffnet wird, die Spannung -ey von dem Ventilpotentiometer,
und die Spannung + eF an dem Kraftpotentiometer 4 wird infolge -der Verschiebung
des
Widerstandselementes des Potentiometers 4, das mit dem Zylinder 16 verbunden ist
und sich gegenüber dem Stab 12 und dem zugehörigen Stab 2o bewegt, erniedrigt. Diese
Relativbewegung zwischen den beiden Elementen des Potentiometers 4 bewirkt, daß
die abgeleitete Spannung er sowohl die Kraftkomponente des Knüppels als auch der
Betätigungsvorrichtung darstellt.
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Die kombinierten negativen Spannungen ei und ey überwiegen nun die
positive Spannung er, und die resultierende Spannung des Verstärkers 7 bewirkt eine
Betätigung des Motors 8 in der entgegengesetzten Richtung, um das Ventil zu schließen.
Wenn das Ventil geschlossen wird, nimmt die Spannung ey auf Null ab, und die Spannungen
ei und er streben einem Gleichgewicht für den augenblicklichen Zustand zu.
Die Gegenspannung ey ist so polarisiert, daß sie ein Schließen des Steuerventils
zu bewirken sucht.
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Bei dem oben beschriebenen Betrieb wurde angenommen, daß der Flugzeugführer
automatisch den Druck auf den Steuerknüppel vermindert, wenn er fühlt, daß die Eigengeschwindigkeit
abnimmt, so daß die Steiglage im wesentlichen konstant bleibt. Wenn er jedoch den
Steuerknüppel mit der gleichen Kraft weiterziehen sollte, würden die folgenden Steuervorgänge
stattfinden: An Stelle der oben beschriebenen Betätigung des Widders, durch die
die Spannung der Feder 14 durch eine Verschiebung des Zylinders 16 nach links verringert
wurde, würde der Knüppeldruck die Nachlaufbewegung des hydraulischen Widders aufnehmen,
wobei sich eine größere Auslenkung des Knüppels nach hinten ergibt. Die Spannung
-ei würde j e nach der Änderung der Eigengeschwindigkeit mehr oder weniger negativ
werden. Die Spannung er
würde anfangs das Bestreben haben, infolge der Nachlaufbewegung
des hydraulischen Widders abzunehmen, aber der anhaltende Knüppelduck würde das
Bestreben haben, die Spannung auf im wesentlichen den gleichen Anfangswert zurückzubringen,
da, wie oben erwähnt, der Flugzeugführer fortfährt, die - gleiche Kraft am Steuerknüppel
auszuüben. Dieser neue augenblickliche Zustand jedoch, der eine verstärkte Steiglage
darstellt, führt - zu einem inneren Looping und zu einer weiteren Abnahme der Eigengeschwindigkeit
sowie zu einer Wiederholung des oben beschriebenen Steuervorgangs. Wenn der Knüppeldruck
gleichmäßig und stetig ausgeübt wird, wird tatsächlich das Ventil 43 an der Einlaßöffnung
44 leicht geöffnet, um der Leitung 37" und daher der rechten Seite des hydraulischen
Widders Drucköl zuzuleiten, so daß der Widder bei Abnahme der Eigengeschwi.,digkeit
sanft nachfolgt, bis bei dem nachgeahmten Flugmanöver der oberste Punkt der S,:ileife
erreicht wird, wonach die nachgebildete Zunahme der Eigengeschwindigkeit die Spannung
ei negativer macht, so daß die resultierende Spannung am Verstärker 7 den Antrieb
des Ventilmotors 8 umkehrt und das Ventil 43 in der entgegengesetzten Richtung öffnet,
so daß das Druckmittel der Einlaßöffnung 36. und infolgedessen der linken
Seite des hydraulischen Widders zugeführt wird. Auf diese Weise folgt der .hydraulische
Widder glatt dem Federkolben in der umgekehrten Richtung, wenn die Eigengeschwindigkeit
weiter zunimmt, um die Zunahme der Steuerbelastung nachzubilden.
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Die Wirkungsweise ist auch bei einem Sinken im wesentlichen die gleiche,
wenn der Steuerknüppel nach vorn gedrückt wird, so daß von dem Potentioineter 3
eine Spannung + ei und von dem Kraftpotentiometer 4 eine Spannung -er, abgegriffen
wird. In diesem Falle werden für den betreffenden Zustand die beiden Spannungen,
wenn sie nicht die gleiche Größe haben, durch Betätigung des Ventilmotors 8 in einer
der Richtung der Gleichgewichtsstörung entsprechenden Richtung ausgeglichen. Die
Teile des Potentiometers 4 werden so eingestellt, daß die Spannungen ausgeglichen
sind. Wenn die nachgeahmte Sinköewegung anhält, nimmt die Eigengeschwindigkeit zu,
so daß die Spannung -E- ei erhöht wird und der Ventilmotor 8 in einer solchen Richtung
bewegt wird, daß sich das Ventil 43 öffnet und die Druckflüssigkeit durch die Öffnung
37" dem hydraulischen Widder zuströmt, so daß die Feder 15 zusammengedrückt wird
und die Belastungskraft für die angenommene Steuerknüppelstellung zunimmt. Der Druck
auf den Knüppel muß daher in diesem Falle von dem Flugzeugführer bis auf den Höchstwert
der Eigengeschwindigkeit vergrößert werden, um eine konstante Sinklage beizubehalten,
da andernfalls der hydraulische Widder bei seiner Nachlaufbewegung den Knüppel durch
den Druck der Feder 15 in die neutrale oder ebene Fluglage bewegen würde. Die verhältnismäßig
prompte und schnelle Nachlaufbewegung des hydraulischen Widders wird durch die Zentrifugalpumpe
hoher Geschwindigkeit und den Motor erleichtert. Da der Motor ständig mit hoher
Geschwindigkeit umläuft, kann er eine verhältnismäßig niedrige Leistung haben und
trotzdem einen hohen Druck liefern. Die Zentrifugalpumpe ihrerseits gewährleistet
einen stetigen Druck, so daß stets genügend Kraft zur Verfügung steht. Das System
hat also den Vorteil günstiger Leistung und Geschwindigkeit.
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Es ist ersichtlich, daß der hydraulische Widder durch seine Steuervorrichtung
dazu benutzt werden kann, die Nachlaufbewegung für den Steuerknüppel schnell auszuführen,
und zwar je nach der Änderung der ausgeübten Steuerkraft, die durch die Spannung
er dargestellt wird; und daß bei einem stetigen Zustand der Widder dazu dient, den
Federzylinder 16 so lange festzuhalten, wie das Steuerventil in seiner neutralen
geschlossenen Stellung verbleibt. Im Falle eines Ölverlustes an den Ventilen -der
dem Kolben des Widders wird die leichte Änderung in der Stellung des Widderkolbens
32 sofort infolge der sich ergebenden Änderung der Spannung er korrigiert, welche
eine Betätigung des Ventilmotors 8 verursacht, die genügt, das Steuerventil zu öffnen
und die Kolbenlage wiederherzustellen.
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Wenn eine besonders hohe Empfindlichkeit gefordert wird rnd der Ventilmotor
8 gegenüber kleinen Spannungen nicht genügend empfindlich ist, dann können für das
Steuerventil 9 Zentrierfedern an Stelle des Ventilgegenpotentiometers 5 benutzt
werden. In solch einem Falle wird das Potentiometer 5 weggelassen, und die Ventilspindel
40 wird in ihre neutrale geschlossene Stellung, die in der Zeichnung dargestellt
ist, von zwei
gegeneinander wirkenden vorgespannten Federn im wesentlichen
in der gleichen Weise in die neutrale geschlossene Stellung geführt wie der Kolben
13 durch die Federn 14 und 15. Wenn ein kleines Signal nicht genügt, um das Ventil
zu schließen, dann übernehmen die Federn die Aufgabe, das Ventil in die Mittellage
zu bringen.
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Wenn der Flugzeugführer wünscht, die Trimmung der Steuerung nachzuahmen,
wird das Potentiometer 6 durch den Knopf 63 eingestellt; um eine Trimmspannung eT
abzuleiten. Die Spannung. verursacht eine Bewegung des Widders in der einen oder
anderen Richtung, j e nach der Richtung der Trimmung, die den Knüppel in eine neue
neutrale Stellung bewegt, bei der es gleich eT ist. In dieser Stellung wird
der Schleifkontakt 2o durch die Federn 14 und 15 zentriert, so daß ep gleich Null
ist.
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Wenn in besonderen Fällen eine Kraftsteuerung, d. h. eine durch Servomotoren
bediente Steuerung, nachgebildet wird, kann ein anderer Flugbedingungsfaktor, wie
z. B. die Beschleunigung, an Stelle von oder in Kombination mit einer Eigengeschwindigkeitsfunktion
benutzt werden, um das besondere Steuergefühl bei einer Kraftsteuerung nachzubilden.
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Bei der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Fühlvörrichtung
für die Kraft so eingerichtet, daß zwei getrennte Komponenten der ausgeübten Steuerkraft
abgeleitet werden, die der von dem Steuerknüppel bzw. der Betätigungsvon-ichtung
ausgeübten Kraft entsprechen. Die Komponenten werden kombiniert und zur Steuerung
des Ventilmotors in im wesentlichen der gleichen Weise wie oben beschrieben benutzt.
Der Knüppel i ist in diesem Fall an seinem unteren Ende mit zwei Seilen 75 und 76
verbunden, die an den Belastungsfedern 77 und 78 befestigt sind. Zu diesem Zweck
ist der Knüppel mit einem gebogenen Teil 79 versehen, dessen Umriß konzentrisch
zum Drehpunkt ii des Knüppels liegt. Das Seil 75 ist bei 75' mit dem Teil
-79 und das Seil 76 bei 76' mit dem Teil 79 verbunden. Die
Seile und Federn bilden eine geschlossene Schleife die über die Rollen 8o, 81 geführt
ist, wobei der Abschnitt des Seiles, welcher die Federn verbindet, mit dem Rad 81
bei 81' in geeigneter Weise verankert ist, um ein Rutschen zu verhindern. Die Federn
77 und 78 sind in der erforderlichen Weise vorgespannt, um den Knüppel durch geeignete
Mittel, z. B. Spannschlösser 82 und 83, zu zentrieren.
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Ein Potentiometer 84, welches die Knüppelkomponente der Steuerkraft
darstellt, ist mit seinem Schleifkontakt 85 mit dem Knüppel bei 86 antriebsmäßig
verbunden. Das Potentiometer hat eine geerdete Mittelanzapfung und wird an seinen
Enden durch eine gegenphasige Wechselspannung gespeist. Die abgeleitete Spannung
am Schleifkontakt 85 wird durch eine Leitung 85' dem Summierungsverstärker 7 zugeführt.
In Gegenphase zu dieser Eingangsspannung wird eine andere Spannung entgegengesetzter
Polarität von dem Potentiometer 87 abgegriffen, die der Betätigungskomponente der
Steuerkraft entspricht, Dieses Potentiometer hat ebenfalls eine geerdete Mittelanzapfung
und wird an seinen Enden von einer gegenphasigen Spannung, wie dargestellt; gespeist.
Die am Schleifkontakt 88 'abgegriffene Spannung wird durch eipe Leitung 88' dem
Verstärker 7 zugeführt, und der Schleifkontakt ist bei 89 mit dem Rad 81
antriebsmäßig verbunden, das seinerseits mit der Stange 33 des hydraulischen Widders
io durch eine geeignete Gelenkverbindung 9o in Verbindung steht. Die Differenz zwischen
den von den Potentiometern 84 und 87 abgeleiteten Spannungen stellt den Kräftegegenfaktor
an dem Summierungsverstärker 7 dar, der der Spannung er der Fig. i entspricht. Außer
den beschriebenen Eingangsgrößen ist der Steuerknüppel noch mit dem oben beschriebenen
Auslenkungspotentiometer 3 verbunden, so daß eine vom Schleifkontakt 6o abgeleitete
Spannung ei durch die Leitung 6o' dem Verstärker 7 wie im Falle der Fig.
i zugeführt wird.
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Die Anlage der Fig. 3 arbeitet im wesentlichen in der Weise der Fig.
i, da der hydraulische Widder in der gleichen Weise dazu benutzt wird, die Stellung
der Seilrolle 81 zu verstellen, die in ihrer Wirkung die Vorrichtung zur Aufnahme
der Federkraft darstellt. Der Hauptunterschied besteht in der Ableitung der Kraftspannung
er, da im Falle der Fig. 3 diese Spannung aus zwei einzelnen Komponenten abgeleitet
wird. Wenn z. B. ein ansteigender Flug angenommen wird, dann wird die Steuerknüppelk:omponente
(die positiv dargestellt ist) zuerst von demy Potentiometer 84 abgeleitet. Hierdurch
wird der Ventilmotor so betätigt, daß er den Widder oder die Betätigungsvorrichtung
so einstellt, daß eine Betätigungskomponente (negativ dargestellt) von dem Potentiometer
87 abgegriffen wird. Diese Komponente wird mit der Steuerknüppelkomponente kombiniert.
Wenn die Resultierende eF die Spannung ea vom Potentiometer 3 ausgleicht, schließt
das Ventil. Dieser Vorgang entspricht der Relativbewegung des Schleifkontaktes (Knüppelkomponente)
und des Widerstandselementes (Betätigungskomponente) des Potentiometers 4. Durch
Einstellung der Seilrolle 81 entsprechend der resultierenden Ausgangsspannung des
Verstärkers 7 wird die gleiche Nachlaufbewegung durch die Federn 77 und 78 gegenüber
dem Knüppel erhalten wie im Falle der Fig. i durch die Federn 14 und 15. Wenn irgendeine
Neigung zu Schwingungen vorhanden ist, kann ein Dämpfungsglied 9i an dem Steuerknüppel
in der dargestellten Weise angeschlossen werden.