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Hydraulischer Steuerdruck-Simulator für Flugzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf einen hydraulischen Steuerdruck-Simulator für Flugzeuge, die mit kraftbetätigten
Steuerflächen versehen sind oder bei denen die Steuerflächen durch Hilfsgeräte betätigt
werden, wie sie in der britischen Patentschrift 734437 beschrieben sind. Ein solcher
Steuerdruck-Simulator besteht aus einem mit dem Steuerknüppel des Flugzeugführers
verbundenen hydraulischen Kraftübertrager, der der Verstellung des Steuerknüppels
einen durch den hydraulischen Druck des Übertragers bestimmten Widerstand entgegensetzt,
ferner aus einer die Druckflüssigkeit liefernden Pumpe, einem Steuerventil, das
aus einer neutralen Stellung in zwei Richtungen verstellt werden kann, und dadurch
den Übertrager entweder mit der Pumpe oder mit einer Abflußleitung verbindet, wodurch
der im Übertrager herrschende Druck verändert wird, und schließlich aus einer Vorrichtung,
die auf die Fluggeschwindigkeit anspricht und das Steuerventil derart betätigt,
daß sich der Steuerdruck in dem Übertrager bei zunehmender Fluggeschwindigkeit erhöht
und bei abnehmender Fluggeschwindigkeit vermindert.
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Bei einer solchen Anordnung kann ein fehlerhaftes Arbeiten der Pumpe
durch Einbau eines hydraulischen Akkumulators abgeschwächt werden. Fällt jedoch
die Pumpe aus, so erreicht der Kolben des Akkurpulators nach gewisser Zeit das Ende
seines Hubes, worauf dann ein plötzlicher Druckabfall .in dem hydraulischen Übertrager
eintritt.
Der Druck im Übertrager sinkt auch ab, wenn die Flüssigkeitszufuhr
infolge von Undichtigkeit in den Leitungen oder wegen anderweitigen Verbrauches
der Druckflüssigkeit durch den Flugzeugführer nachläßt. Wird der Steuerknüppel gerade
dann vom Flugzeugführer verstellt, so kann es eintreten, daß er den Steuerknüppel
wegen des fehlenden Gegendruckes zu weit verstellt und dadurch ein Unglück hervorruft.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, den Steuerdruck-Simulator so einzurichten,
daß beim Ausfall der Druckmittelzufuhr in der Hauptleitung der Steuerdruck in dem
Übertrager nur langsam absinkt, z. B. etwa in einem Zeitraum von 5 bis I0 Sekunden,
wobei sich innerhalb dieser Zeit der das normale Steuergefühl vermittelnde Druck
auf einen Druck ermäßigt, der der Steuerungsgegenkraft bei niedriger Fluggeschwindigkeit
entspricht. Dies gibt dem Flugzeugführer Zeit, sich auf die veränderten Bedingungen
umzustellen, womit die Gefahr einer übermäßigen Verstellung des Steuerknüppels beträchtlich
vermindert wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein federbelasteter
Druckakkumulator an die Druckmittelzuführungsleitung des Steuerventils im Leitungssystem
des Steuerdruck-Simulators angeschlossen wird, und zwar in Strömungsrichtung hinter
einem in die Leitung eingebauten Rückschlagventil. Dieser Akkumulator wird normalerewise
durch den von der Pumpe erzeugten Druck gespannt gehalten, so daß er unwirksam bleibt.
Er tritt jedoch in Tätigkeit, wenn der Druck in der Hauptleitung so weit nachläßt,
daß sich das Rückschlagventil schließt, und liefert dann an Stelle der Pumpe Druckflüssigkeit
unter allmählichem Absinken des Druckes über das Steuerventil an den Übertrager.
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Der Kolben des Akkumulators wird vorzugsweise durch eine mechanische
Feder belastet, kann jedoch auch pneumatisch belastet werden, und wird normalerweise
gegen den Druck der Feder oder den pneumatischen Belastungsdruck durch den Druck
in der Hauptdruckmittelleitung zurückgedrückt. Sinkt jedoch der Druck in der Hauptleitung
ab, so wird der Akkumulatorkolben durch die Feder oder durch seine pneumatische
Belastung vorgetrieben und erhält dadurch einen allmählich nachlassenden Steuerdruck
im Übertrager aufrecht, bis der Akkumulatorkolben seine Endstellung erreicht hat.
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In der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht, und zwar zeigt
Fig. I schematisch eine Steueranlage und Fig. 2 einen Schnitt durch das Steuergerät
mit eingebautem Druckakkumulator.
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Wie Fig. I erkennen läßt, ist der vom Flugzeugführer zu betätigende
Steuerhebel I0 um den Zapfen II schwenkbar gelagert und mittels eines Lenkers 9
mit dem Geber 12 einer Servosteuerung zur Betätigung einer Flugzeugsteuerfläche
13 verbunden. Der Empfänger dieser Servosteuerung ist mit 14 bezeichnet. Diese Servosteuerung
verstellt in bekannter Weise die Steuerfläche 13 in dem Maße, wie der Steuerhebel
I0 in der einen oder anderen Richtung verschwenkt wird. Der Steuerdruck-Simulator,
der die Aufgabe hat, dem Flugzeugführer am Steuerhebel das Gefühl zu geben, als
ob er die Steuerfläche unmittelbar verstellt, besteht aus einem hydraulischen Übertrager
15 und einem zugehörigen Steuergerät 16. Der Zylinder 17 des hydraulischen Übertragers
ist um einen fest angeordneten Zapfen I8 schwenkbar angeordnet, und der Kolben I9
ist mit dem Steuerhebel I0 über einen um einen festen Zapfen 21 schwenkbaren doppelarmigen
Hebel 20 und zwischengeschaltete Gestänge oder Lenker verbunden. Das Druckgefühl,
das dem Flugzeugführer durch den Übertrager 15 und den Steuerhebel I0 vermittelt
wird, wird durch den in dem Zylinder 17 herrschenden hydraulischen Druck bestimmt,
der durch eine Druckleitung 22 von dem Steuergerät 16 übertragen wird.
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Das Steuergerät r6 wird von einer Pumpe 23 durch eine mit einem Rückschlagventil
25 versehene Druckleitung 24 hydraulisch beaufschlagt. Die Pumpe saugt die Druckflüssigkeit
aus einem Behälter 26 an, in den die Druckflüssigkeit aus dem Steuergerät 16 und
aus dem Übertrager durch Leitungen 27 bzw. 28 wieder zurückfließt.
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Wie Fig. 2 erkennen läßt, weist das Steuergerät 16 einen Einlaßstutzen
29 auf, an den die Druckleitung 24 angeschlossen wird, ferner einen Anschlußstutzen
3o für die zu dem Übertrager führende Druckleitung 22 sowie einen Auslaßstutzen
31, an den sich die Rückflußleitung 27 anschließt. Im Innern des Gerätes befindet
sich das als Kolbenschieber 32 ausgebildete Steuerventil. Der Steuerkolben weist
Kolbenflächen 53 und 54 auf, die die Verbindungen zwischen dem Anschlußstutzen 3o
einerseits und dem Einlaßstutzen 29 sowie dem Auslaßstutzen 31 andererseits bzw.
den zu diesen führenden Steueröffnungen 33 und 34 steuern. Die untere Fläche des
Steuerkolbens 32 wird durch eine Bohrung 35 stets dem Druck ausgesetzt, der in dem
Anschlußstutzen 30 und in der Druckleitung 22 herrscht, d. h. also dem Steuerdruck,
der auf den Übertrager 15 ausgeübt wird. Der Steuerkolben 32 wird normalerweise
im Ausgleich gegen diesen Steuerdruck in der in Fig.2 dargestellten Lage gehalten,
und zwar durch den nach unten gerichteten Druck, der auf ihn durch eine Membran
36 über einen Stößel 37 sowie zusätzlich durch eine Feder 38 ausgeübt wird.
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Der während des Fluges aufgenommene Staudruck wird auf die obere Seite
der Membran 36 durch einen Stutzen 43 und der statische Druck auf die Unterseite
der Membran durch einen Stutzen 44 übertragen. Bei Erhöhung der Fluggeschwindigkeit
relativ zur umgebenden Luft wird der Steuerkolben 32 durch den zunehmenden Staudruck
abwärts bewegt, wodurch der Anschlußstutzen 30 mit der Einlaßöffnung 33 verbunden
wird, so daß Druckflüssigkeit zu dem Übertrager 15 gelangt. Durch das Anwachsen
des Steuerdrucks, der auf die Unterseite des Steuerkolbens wirkt, wird dieser in
seine neutrale Stellung, in der er dargestellt ist, zurückbewegt, sobald sich der
Steuerdruck in dem Übertrager so weit aufgebaut hat, wie es durch die
Belastung
der Membran durch den Staudruck bestimmt ist. Bei einem Absinken der Fluggeschwindigkeit
vermindert sich die nach unten auf die Membran 36 wirkende Kraft. Dadurch bewegt
sich der Steuerkolben 32 aufwärts und verbindet den Anschlußstutzen 30 mit der Auslaßöffnung
34, so daß nunmehr Druckflüssigkeit von dem Übertrager 15 abströmen kann, und zwar
so lange, bis der darin herrschende Druck auf einen durch die verminderte Belastung
der Membran bestimmten Wert abgesunken ist.
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Bei geringen Fluggeschwindigkeiten hält eine Feder 39 die Membran
36 außer Berührung mit dem Stößel 37. Der Steuerdruck in dem Übertrager 15 wird
dann allein durch die Spannung der Feder 38 bestimmt. Ein Überströmventil 4o ist
zwischen den Steuerkolben 32 und den Stößel 37 eingeschaltet, wobei der Steuerdruck
auf die Unterseite dieses Ventils durch eine in dem Steuerkolben vorgesehene Bohrung
4I wirkt. Das Überströmventil wird normalerweise durch den Stößel 37 sowie durch
die Feder 38 auf seinem Sitz gehalten. Wenn jedoch der Steuerdruck, z. B. infolge
Festsitzens des Steuerkolbens, einen. bestimmten Wert überschreitet, so wird das
Ventil angehoben und dadurch der Druckflüssigkeit die Möglichkeit gegeben, von dem
Übertrager 15 durch den Ringkanal 42 zur Auslaßöffnung 34 zu entweichen.
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An die zu dem Steuerventil 32 führende Druckleitung 24 ist in Strömungsrichtung
hinter dem Rückschlagventil 25 ein Druckakkumulator 45 angeschlossen, der aus einem
Zylinder 46 mit einem unter der Wirkung einer Feder 48 stehenden Kolben 47 besteht.
Wie Fig. 2 zeigt, kann dieser Akkumulator auch in das Steuergerät 16 eingebaut werden,
wobei der Zylinder 46 dann in einem Anguß an den Steuerzylinder, in dem der Steuerkolben
32 angeordnet ist, vorgesehen sein kann. Der Zylinder 46 ist dabei durch eine Bohrung
49 mit der Einlaßöffnung 33 verbunden, während das Rückschlagventil 25 in den Einlaßstutzen
29 eingebaut ist. Der Akkumulator dient, wie bereits beschrieben, zur hilfsweisen
Lieferung von Druckflüssigkeit, wenn die Hauptdruckflüssigkeitszufuhr unterbrochen
werden sollte.
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Es ist vorteilhaft, wenn gemäß Fig. I ein Überströmventil 5o in einer
Umgehungsleitung 5I vorgesehen ist, die die Druckleitung 22 mit der Rückflußleitung
28 verbindet, wobei das Ventil 50 normalerweise durch den in der Druckleitung 24
herrschenden, von der Pumpe 23 oder dem Akkumulator erzeugten Druck geschlossen
wird. Ohne dieses Überströmventil könnte, wenn der Steuerhebel nach dem Aufhören
der Druckmittelzufuhr durch den Akkumulator bewegt wird, die Druckflüssigkeit aus
dem Übertrager 15 nur in kleinen Mengen durch das Steuerventil ausgeschoben werden.
Infolgedessen entsteht ein Totraum in dem Übertrager, wodurch ein unerwünschter
plötzlicher Widerstand gegen eine Bewegung des Steuerhebels auftritt, wenn dieser
so weit bewegt wird, daß der Kolben I9 des Übertragers die Grenze des Totraüms erreicht.
Dies wird durch die Anordnung des Überströmventils 5o vermieden, das sich öffnen
kann, sobald der Akkumulator 45 keinen Druck mehr liefert, so daß die Druckflüssigkeit
nun von dem Übertrager durch das Überströmventil in die Abflußleitung ausströmen
kann.