DK146588B - Styreapparat med daempning til styring af en helikopter - Google Patents

Description

146588 1 Denne opfindelse vedrører et styreapparat med dæmpning til styring af en helikopter af den i indledningen til krav 1 angivne art.

5 Et ønskeligt karaktertræk ved moderne helikoptere, især dem der anvendes til manøvrer nær ved jorden, er stor ydeevne. Dette omfatter hurtig, positiv reaktion på pi- 2 146588 1 lot-indgangskommandoer fremkaldt af piloten gennem styrepinden. Men hvis helikopterens reaktionsgrad er høj, vil en hvilken som helst styrepindbevægelse fremkalde en reka-tion, hvilket i nogle tilfælde ikke er ønskeligt. Piloten 5 kan foreksempel ubevidst foretage et ryk i styrepinden og straks rette dette. På lignende måde kan helikopteren bevæges hurtigt i den ene eller anden retning, for eksempel af et vindstød eller en stiv/elastisk reaktionsmåde fra helikopteren, og derved vil pilotens inerti få ham til 10 at modstå bevægelsen og således forårsage en kortvarig kontraindgang til styrepinden. Eftersom de fleste helikoptere desuden har dobbeltstyring forbundet gennem det samme mekaniske led til de respektive styrekanaler, kan den ikke styrende pilots bevægelser i cockpikket medføre, 15 at han ubevidst støder til styrepinden. I hvert af disse tilfælde (og andre) bliver en hurtig, kortvarig bevægelse af styrepinden normalt straks rettet af den styrende pilot. Følgelig er disse utilsigtede indgange af meget kort varighed. De kan imidlertid være irriterende og dis-20 traherende, især når der foretages manøvrer nær jorden, og pilotens arbejdsbyrde er stor. Desuden kan disse handlinger i visse tilfælde fremkalde reaktion i stabiliseringssystemet af uønskelig art.

Formålet med opfindelsen er at formindske kortvarige virk-25 ninger fremkaldt af utilsigtede påvirkninger ved bevægelse af styrepinden i en helikopter.

Dette opnås ved at udforme styreapparatet ifølge opfindelsen som angivet i den kendetegnende del af krav 1.

Opfindelsen formindsker stærkt eller udelukker helikopter-50 bevægelse som en følge af kortvarige, utilsigtede bevægelser af styrepinden, mens den samtidig tillader fuld reaktion på langvarige, bevidste indstillinger af styrepinden i helikopteren. Opfindelsen kan nemt anvendes i en 3 146588 1 helikopter, der har en indre stabiliseringssløjfe i et automatisk styreapparat, idet der benyttes teknologi, der er velkendt inden for branchen.

Opfindelsen vil fremgå tydeligere af den følgende detal-5 jerede beskrivelse af en foretrukken udførelse af sty-reapparatet, således som vist på tegningen, der viser et forenklet skematisk blokdiagram af en foretrukken udførelsesform for styreapparatet ifølge opfindelsen.

Den cykliske og kollektive indfaldsvinkel af rotorbladene 10 i en helikopters hovedrotor 2 styres af en tallerkenplade ^ som reaktion på primære servosystemer 6, således som disse kendes inden for branchen. De primære servosystemer 6 er i forbindelse med tallerkenpladens forskellige styrbare akser, men styres selv som reaktion på helikop-15 terens tre indfaldsvinkelkanaler, som er forenet i en blander 8, hvilket er kendt inden for branchen. Blanderen 8 reagerer gennem det mekaniske led 9 på en kollektiv indfaldsvinkelkanal 10, til hvilken pilotindgange sendes gennem den kollektive styrepind 12; den reagerer 20 også gennem det mekaniske led 13 på en kanal lH for cyklisk indfaldsvinkel i relation til længdeaksen, til hvilken piloten kan sende indgange gennem en cyklisk styrepind 16, som er forbundet dermed ved hjælp af det mekaniske led 17; og en kanal 18 for cyklisk indfalds-25 valdsvinkel i relation til tværaksen reagerer også gennem det mekaniske led 19 på den cykliske styrepind 16 for at tilvejebringe en indgang til blanderen 8 via det mekaniske led 20. Selv om kun enkelte pinde 12, 16 er vist, vil en helikopter normalt have dobbeltstyring 30 forbundet gennem samme mekaniske led (såsom de to led 17 og 19).

Som vist på tegningen er tværaksekanal 18 en ukompliceret kanal, der har en direkte (ikke-forstærket) mekanisk 4 146588 1 forbindelse mellem den cykliske pinds 16' tværakse og blanderen 8, men med en automatisk flyvestyresystemser-vo forbundet i leddet. Servoen kan f.eks. omfatte et strækbart led 21, som kan omfatte et strækbart led af 5 en elektrisk drevet trykskruetype. Dette betjenes ved hjælp af et signal på en ledning 22 fra et opsummeringspunkt 24, som modtager indgange, inter alia, fra forskellige rulle-stabiliserings-funktions-strømkredse 26. Subsidiært kan det strækbare led 21 være et hydraulisk 10 strækbart led, i hvilket tilfælde signalet på ledningen 22 kan betjene en elektromekanisk ventil til at styre leddets strækning. I mere komplicerede systemer kan tværaks ekanaf11/8 omfatte en hjælpeservo til at forstærke den mekaniske kraft fra pinden l6, inden den sendes 15 til blanderen 8, således som beskrevet i U.S.A.- patent 4.127.245. I sådanne tilfælde kan hjælpeservoen have en trimventil til et automatisk flyvestyresystem, således som beskrevet i det nævnte patent. I nogle systemer kan hjælpeservoen desuden have automatisk flyve-20 styresystem-ventiler, som vil modtage rulningsstabiliserings-kommandoer (såsom dem, der tilvejebringes på en ledning 22) direkte ind i hjælpeservoen, og derved udelukkes behovet for det strækbare led 21.

Styringen af h'ovedrotorvingernes indfaldsvinkler og dis-25 ses variationer, således som hidtil beskrevet, er velkendt inden for branchen og udgør ikke en del af opfindelsen.

Ifølge opfindelsen er leddet 19 også forbundet med en detektor 30, som angiver styrepindens rulningsposition, og 30 denne kan ganske enkelt omfatte et potentiometer, der er forbundet med leddet, således at der tilvejebringes et s-tyrepinds-positionssignal på en ledning 32 til et udslettelsesfilter 34, hvis udgang er et udslettelses- 5 146588 1 positionssignal på en ledning 36, som føres til opsummeringspunktet 24. Ved enhver bevægelse af styrepinden 19 vil dektoren 30 fremkalde en ændring i positionssignalet på ledningen 32. Udslettelsesfilteret 34, således som 5 det er kendt inden for branchen, giver et tidsforsinket filterkendetegn. Dette betyder, at jo hurtigere signalet på ledningen 32 ændrer sig, jo højere er den oprindelige udgang på ledningen 36; men udgangen på ledningen 36 dør langsomt hen, hvis hastighedsindgangen på lednin-10 gen 32 er fraværende, hvilket skyldes udslettelsesfilterets karakteristika. Følgelig overføres alle hurtige ændringer i styrepindsbevægelsen direkte, mens langvarige, langsomme ændringer ikke overføres. Derfor begrænses annullering til kortvarige, hurtige ændringer.

15 Det er velkendt inden for branchen, at et udslettelsesfilter kan bestå af en integrationsforstærker (der har modstandskapacitiv tilbagekobling) med en serieforbundet indgangskondensator; eller den kan bestå af en (unitary) volumenforstærker(der kun har modstands-tilbagekobling) 20 med serieforbundet indgangsmodstand og -kondensator.

Disse filtre er velkendte, og disses tidskonstanter og forstærkningsgrader kan vælges under prøveflyvning af en given type fly med empirisk indstilling for at opnå det tilsigtede resultat. Tidskonstanten ^ vil sædvanligvis 25 være en brøkdel af et sekund (d.v.s. 10-200 ms); og tidskonstanten i en hældnings kanal kan være mindre end den i en rulningskanal. Disse vil imidlertid variere fra en type helikopter til en anden.

Opfindelsen er gennemført i den forholdvis stærkt følsom-30 me, hurtigt reagerende indre stabiliseringssløjfe, fordi rettelsesaktionen mod en kort utilsigtet bevægelse af styrepinden skal udføres i løbet af meget kort tid for at være af nogen værdi. Af den foretrukne udførelse vises på tegningen kun helikopterens rulningskanal; opfin- 6 146588 1 delsen er til særdeles stor gavn i rulningskanalen, fordi rulningskanalen er mere følsom over for styrepindens korte og utilsigtede bevægelser, og det er mere irriterende, især i perioder, hvor piloten har 5 en stor arbejdsbyrde, at have sådanne utilsigtede indgange i rulningsaksen. Men opfindelsen er også nyttig i hældningsaksen, hvilket vil forstås af folk inden for branchen. Anvendelsen af opfindelsen i hældningsaksen ville svare til det heri beskrevne med hen-10 syn til rulningsaksen. I et helikopterstyreapparat med digital AFCS komponenter, således som det er beskrevet i USA-patentansøgning nr. 938 583, indleveret den 31· august 1978 (FAIL-OPERATIONAL, FAIL-SAFE MULTI-COMPUTER CONTROL SYSTEM), kan styrepinds-positionsdetekto-15 ren 30's udgang være digitaliseret (enten ved hjælp af en A/D omformer af en almindelig type eller ved hjælp af en transductor, som tilvejebringer en udgang i en egentlig digitalform). I et sådant tilfælde kan filtreringen udføres ved hjælp af et egnet filter-algo-20 ritme-program, valgt blandt dem der er velkendt inden for branchen.