-
Steuerung mit Hilfsmotor für Flugzeuge Die Erfindung betrifft Steuereinrichtungen
für Flugzeuge.
-
Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung
ein Selbststeuergerät und eine Handsteuerung mit Unterstützung durch einen Hilfsmotor.
-
Die rasche Zunahme der Geschwindigkeit der Flugzeuge haben das Problem
unmittelbarer Handsteuerung des Flugzeugs über den vollständigen Flugbereich erschwert,
da größere Steuerflächen-Drehmomente und Flatterprobleme auftreten. Zur Umformung
der Kraft des Piloten auf eine zur Steuerung des Flugzeugs notwendige Höhe und zur
Verringerung des Flatterproblems wird gewöhnlich ein Hilfsmotor, der die Form eines
hydraulischen Servomotors haben kann, in die Steuereinrichtung eingebaut. Durch
diese Hilfsmotoren würde das Problem gelöst, die menschliche Steuerkraft für die
Steuerglieder des Flugzeugs ausreichend zu machen und das Flatterproblem wirksam
zu unterdrücken. Wo die Steuereinrichtung außerdem eine selbsttätige Einrichtung
oder ein Selbststeuergerät zur Einstellung der Steuerglieder des Flugzeugs durch
den Hilfsmotor aufweist, wird durch die Einstellung eines Schalters im allgemeinen
entweder die Handsteuerung oder die Selbststeuerung in Tätigkeit gesetzt. Dies ist
in der USA.-Patentschrift 2 678 177 dargestellt und beschrieben. Bei dieser Offenbarung
war es bei Einstellung des Schalters auf Selbststeuerung für den Piloten auch möglich,
die Selbststeuerung dadurch zu überwinden, daß er dieselbe mit Hilfe eines biegsamen,
zum Steuerknüppel zurückführenden Verbindungsgestänges überwältigte. Der Hauptzweck
der Erfindung liegt in der Schaffung einer verbesserten Steuereinrichtung; bei welcher
ein die Betriebsart bestimmender Schalter weggefallen ist und die Steuereinrichtung
Eingangsgrößen vom Piloten und vom Selbststeuergerät gleichzeitig oder einzeln aufnimmt,
ohne daß die biegsame rückführende Verbindung erforderlich ist, die nach der Lehre
des- genannten Patentes benötigt wird.
-
Die Doppelsteuerung nach der Erfindung sieht ein mit mehreren Eingängen
ausgestattetes Betätigungsglied für die Steuerfläche des Flugzeugs vor. Das Glied
ist in der Lage, sowohl Signale eines elektrischen Selbststeuergerätes als auch
die Steuerkraft aufzunehmen, die von der Hand des Piloten .durch den üblichen Steuerknüppel
oder durch den von der Hand zu betätigenden Teil der Kombination ausgeführt wird.
-
Ferner betrifft die Erfindung eine Doppelsteuerung der beschriebenen
Art, bei welcher die Wirksamkeit oder der Grad des Einflusses des Selbststeuergerätes
entweder selbsttätig oder von Hand entsprechend dem Flugzustand des Flugzeugs eingestellt
werden kann.
-
Gemäß der Erfindung ist eine Flugzeugsteuereinrichtung, welche einen
Hilfsmotor mit einem beweglichen Teil, der mit einem Steuerglied des Flugzeugs verbunden
ist und ein Steuerorgan für den Hilfsmotor mit einem verstellbaren Teil enthält,
in Abhängigkeit von -dessen Verstellung die Speisung des Hilfsmotors gesteuert wird
und welche derart ausgebildet ist, daß der Hilfsmotor abgeschaltet wird, wenn der
bewegliche Teil des Hilfsmotors um. einen zur Verstellung des verstellbaren Teiles
proportionalen Betrag verstellt worden ist, damit eine weitere Verstellung der Steuerglieder
unterbleibt, gekennzeichnet durch einen zweiten Servomotor mit einem verstellbaren
Teil, welch letzterer mit dem verstellbaren Teil des Steuerorgans derart verbunden
ist, daß er bei Erregung des zweiten Servomotors unter dem Einfluß eines Steuersignals
den verstellbaren Teil des Steuerorgans um einen zu dem Steuersignal proportionalen
Betrag verstellt, und durch eine Begrenzungsvorrichtung, welche das Ausmaß der Verstellung
des verstellbaren Teils des zweiten Servomotors innerhalb vorbestimmter Grenzen
beschränkt.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. In dieser zeigt Fig.1
schematisch die mechanischen und elektrischen Einzelteile- der mehrere Eingänge
aufweisenden Flugzeughilfssteuereinrichtung nach der Erfindung und die Schaltung
für die zugehörigen elektrischen Teile und
Fig. 2 in vergrößertem,
senkrechtem Schnitt die Steuerflächen-Betätigungsvorrichtung.
-
Wie die Zeichnung zeigt, sind die relativ festen Stellen des Rumpfes
eines Flugzeugs, in dem die Steuereinrichtung nach der Erfindung untergebracht ist,
bei 10 angedeutet. Das für das Flugzeug vorgesehene Steuerglied besteht aus einer
Steuerfläche 11, z. B. dem Höhenruder des Flugzeugs. Wie abgebildet, ist die Steuerfläche
11 gelenkig an einem Teil des festen Rumpfes 10 des Flugzeugs gelagert. Die Fläche
ist kraftschlüssig mit dem beweglichen Teil des Hilfsmotors der Steuereinrichtung
verbunden. Der Hilfsmotor -ist allgemein mit 12 in Fig. 2 bezeichnet. Der bewegliche
Teil 13 des Hilfsmotors 12 weist einen vorstehenden Arm 14 auf, der bei der dargestellten
Ausbildung gelenkig mit einem gegenüber der Steuerfläche 11 festen Hebelarm 15 verbunden
ist. Das Gehäuse 13 weist außerdem einen Zylinder für den Hilfsmotor 12 auf. Innerhalb
des Zylinders ist der zugehörige Kolben 16 beweglich angeordnet. Ein Ende der Kolbenstange
17 des Hilfsmotors 12 ragt aus dem Gehäuse 13 heraus und ist gelenkig mit dem festen
Rumpf 10 des Flugzeugs verbunden. Demgemäß wird durch eine Translationsbewegung
des Hilfsmotorgehäuses 13 nach rechts (Fig. 2) gegenüber dem relativ festen Kolben
16 die Steuerfläche im Uhrzeigersinne geschwenkt und hierdurch eine Höhenruder-Abwärtssteuerung
erzielt. Durch eine Bewegung des Hilfsmotorgehäuses 13 nach links in Fig. 2 gegenüber
dem Kolben 16 wird entsprechend eine Schwenkung der Fläche oder des Höhenruders
um dessen Schwenkachse entgegen dem Uhrzeigersinne und dadurch eine Höhenruder-Aufwärtssteuerung
erzielt. Die Betätigungsvorrichtung für das Steuerglied wird demgemäß von dem Gehäuse
des hydraulischen Hilfsmotors 12 gebildet.
-
Das Mittel zur Betätigung des in Fig. 2 dargestellten Hilfsmotors
12 besteht aus einem üblichen Kolbenschieberventil 18, das den Fluß von Druckflüssigkeit
zu und von dem Zylinder des Motors 12 steuert. Eine Druckflüssigkeitsquelle, die
in Fig. 1 als Ganzes mit 19 bezeichnet ist und eine übliche Auffangwanne und eine
hydraulische Pumpe aufweisen kann, liefert Flüssigkeit unter Druck für den Motor
durch eine Eingangsschlauehverbindung 20. Die Rückführleitung zur Flüssigkeitsquelle
19 besteht aus einer Ausgangsschlauchverbindung 21. Kupplungen sind am Gehäuse 13
des Motors zur Aufnahme der Enden der entsprechenden Schlauchverbindungen vorgesehen.
Das Ventil 18 ist ein Schieberventil und bewegt sich in einem in dem Gehäuse 13
vorgesehenen Zylinder aus seiner in Fig. 2 dargestellten neutralen Stellung, in
welcher die Kolben 22 und 24 die entsprechenden Ventilöffnungen zu den Kanälen 23
und 25 bedecken, in Richtung auf die gegenüberliegenden Enden des Zylinders des
Servomotors. Bei der Bewegung des Schiebers des Ventils 18 nach rechts in Fig. 2,
unter der Steuerung der Ventilstange 26, wird Hochdruckflüssigkeit aus der Quelle
19 und der Verbindung 20 in den Teil des Motorzylinders rechts vom Kolben 16 über
einen Einlaßkanal 27, einen Verbindungskanal 28, den Raum des Ventilschiebers zwischen
den Kolben 22 und 24 und einen Kanal 25 eingelassen. Gleichzeitig wird die Flüssigkeit
links vom Kolben 16 im Motorzylinder mit der Flüssigkeitsquelle 19 durch den Ausgangsschlauch
21 über einen Kanal 23; den Raum des Ventilschiebers links vom Kolben 22, einen
Ausgangskanal 29 und einen Verbindungskanal 30 verbunden. Das Gehäuse 13
des Hilfsmotors 12 wird demgemäß nach rechts gedrückt, so daß es der Bewegung des
Ventils 18 folgt, bis die entsprechenden Kolben wieder die zu den Kanälen 23, 25
führenden Teile bedekken, wodurch das Ventil in einen neutralen Zustand zurückgebracht
wird.
-
Durch die Nachführungsbewegung des Gehäuses wird das Erfordernis einer
getrennten Rückführung für den Servomotor überflüssig. Wenn der Motor 12 wie beschrieben
betätigt wird, treibt er die Steuerflache im Uhrzeigersinne um ihre Drehachse und
erzeugt dadurch einen Zustand mit gesenktem Höhenruder. Bei einer Verschiebung des
Kolbenschiebers des Ventils 18 nach links in Fig. 2 tritt der umgekehrte Vorgang
ein. In diesem Falle wird Hochdruckflüssigkeit dem Teil des Motorzylinders links
vom Kolben 16 durch den Kanal 23, den Raum des Ventils zwischen den Kolben 22 und
24, die Kanäle 28, 27 und die Eingangsschlauchverbindung 20 zugeführt. Gleichzeitig
wird der Teil des Zylinders rechts vom Kolben 16 zur Ausgangsschlauchleitung 21
hin über den Kanal 25, den Teil des Ventilschiebers rechts vom Kolben 24, den Ausgangskanal
31 und den zu der genannten Verbindung führenden Kanal 30 geöffnet. Das Gehäuse
13 des Servomotors wird dem entsprechend nach links in Fig. 2 gedrückt, bis die
entsprechenden Kolben 22 und 24 wiederum die zu den Zylinderkanälen 23 und 25 führenden
Öffnungen bedecken, wodurch das Ventil in einen neutralen Zustand zurückgebracht
wird. Die Bewegung des Gehäuses 13 folgt wieder der Einleitungsbewegung der Ventilvorrichtung,
wodurch eine Rückführung für den Motor überflüssig wird. Diese Bewegung hat eine
Schwenkung des Steuergliedes um seine Schwenkachse entgegen dem Uhrzeigersinne in
einen Zustand mit gehobenem Höhenruder zur Folge.
-
Eine Betätigung des Hilfsmotors 12 in der beschriebenen Weise kann
selbsttätig durch ein Selbststeuergerät als auch von Hand durch die von dem Piloten
auf den Steuerknüppel ausgeübte Kraft hervorgerufen werden. Der Steuerknüppel wird
im folgenden als Handsteuer bezeichnet, das zur Einstellung des Flugzeugsteuergliedes
dient. Da die abgebildete Steuereinrichtung zum Steuer eines Flugzeugs um seine
Querachse dient, ist das bei 32 in Fig. 1 dargestellte Handsteuer, ein Steuerknüppel
33, der gelenkig am Rumpf 10 angebracht ist, so daß er sich um eine Achse
bewegen kann, die parallel zur Querachse des Flugzeugs verlaufen kann. Der Steuerknüppel
33 weist ein Handrad 34 auf, das der Pilot anfaßt, um den Steuerknüppel um seine
Achse zu bewegen. Ferner ist am Steuerknüppel ein Signalgeber 35 der Bauart vorgesehen,
die insbesondere in Fig. 4 der USA.-Patentschrift 2 398 421 dargestellt ist. Der
Signalgeber liefert einen Ausgangswechselstrom, welcher der vom Piloten auf das
Handrad 34 ausgeübten Kraft entspricht. Wie Fig. 2 zeigt, ist der Steuerknüppel
33 kraftschlüssig mit dem Ventil 18, welches die Tätigkeit des Hilfsmotors 12 steuert,
über eine Summierungsvorrichtung oder ein Differential 36 und eine Verbindungsstange
37 verbunden. Das in Fig. 2 dargestellte Differential besteht aus einem Hebelarm
38, der an dem Ventil 18 mit Hilfe einer Schlitz-Stift-Verbindung angebracht ist.
Der Schlitz der Verbindung ist am Ende der Ventilstange 26 angeordnet und der Stift
am Hebelarm 38. Die Ausgangsgröße des Differentials 36 wird der Ventilstange 26
mitgeteilt und bewirkt eine Bewegung des Kolbenschieberventils 18. Eine der EingangsgrÖßen
für die Summierungsvorrichtung oder das Differential wird von einer drehbaren zylindrischen
Betätigungsvorrichtung 39 geliefert, welche eine einstellbare Vorrichtung darstellt.
Diese ändert oder begrenzt die Wirksamkeit oder den Einfluß des Selbststeuergerätes-
auf das Steuerglied 11, was im folgenden
im einzelnen beschrieben-
wird. Wie Fig. 2 zeigt, ist das obere Ende des Differentialhebels 38 gelenkig mit
dem Betätigungsglied 39 verbunden. Diese Verbindung führt die Ausgangsgröße des
Selbststeuergerätes, wie sie in der Winkelstellung des Betätigungsgliedes zum Ausdruck
kommt, der Ventilstange 26 zu. Die andere Eingangsgröße für das Differential 36
wird vom Handsteuer 32 über geeignete Zwischenverbindungen, wie die Stange 37, geliefert.
Ein Ende dieser Stange ist gelenkig mit dem Ende des Steuerknüppels 33 verbunden,
und das andere Ende der Stange ist in derselben Weise mit dem Endstück des Hebelarms
38 verbunden, das unter das Gehäuse 13 des Hilfsmotors hinausragt. Wird keine Eingangsgröße
vom Selbststeuergerät zugeführt, so bewegt sich der Hebelarm 38 um seinen oberen
Drehpunkt in die mit 40 bezeichnete gestrichelte Lage, wenn der Pilot den Steuerknüppel
35 nach vorn stößt, was eine rückwärtige Bewegung der Stange 37 zur Folge hat. Hierdurch
wird das Ventil 18 veranlaßt, sich nach rechts in Fig. 2 zu bewegen und das Höhenruder
11 nach unten zu schwenken. Durch umgekehrte Betätigung des Steuerknüppels durch
den Piloten wird das Höhenruder nach oben geschwenkt, was ebenfalls durch den Hilfsmotor
12 erzielt wird. Die Summierungsvorrichtung oder das Differential 36 der Einrichtung
wird vom Gehäuse des Hilfsmotors 12 getragen.
-
Damit für den Piloten das Steuergefühl trotz der Steuerung mit Hilfsmotor
erhalten wird, ist eine Steuerknüppel-Gefühlsvorrichtung vorgesehen, die, wie Fig.
1 zeigt, eine gleitbare Zahnstange 41 aufweist, welche gegenüber dem Flugzeug beweglich
ist und Zentrierfedern trägt. Diese wirken auf den Steuerknüppel 33 über einen Arm
ein, der an die Stange 37 angesetzt ist. Die Gefühlsvorrichtung ist nachgiebig mit
dem Handsteuer der Einrichtung verbunden. Die Stellung der Vorrichtung gegenüber
dem Flugzeug wird durch ein Antriebszahnrad 42 bestimmt, welches in die Zahnstange
41 eingreift. Über das drehbare Zahnrad 42 wird die Trimmstellung- des Steuerknüppels
33 mit Hilfe eines Antriebsmotors 43 geändert, der mit dem Zahnrad, wie dargestellt,
über ein geeignetes Übertragungs- und Untersetzungsgetriebe verbunden ist. Die Trimmvorrichtung
für den Steuerknüppel 33 weist demgemäß die beispielshalber beschriebene Steuerknüppel-Gefühlsvorrichtung
auf. Zum Bewegen des Steuerknüppels 33 von Hand braucht der Pilot nur die Kraft
der entsprechend beeinflußten Zentrierfeder der dargestellten Gefühlsvorrichtung
zu überwinden.
-
Bei der selbsttätigen Betriebsart wird die Einrichtung durch eine
Bewegung des drehbaren Betätigungsgliedes 39 um seine Achse betätigt. Der Hebelarm
38 dreht sich dann um seine Verbindung mit der Stange 37, was durch die bei 44 dargestellte
gestrichelte Stellung angedeutet wird. Eine entsprechende Bewegung des Schieberventils
18 veranlaßt den Hilfsmotor 12 das Höhenruder nach unten zu schwenken, wodurch die
vom Selbststeuergerät wahrgenommene aufwärtsgeneigte Flugzeuglage korrigiert wird.
Für eine Querachsenregelung können die hier dargestellten Teile des Selbststeuergerätes
eine allgemein mit 45 bezeichnete Flugbahnbezugsvorrichtung aufweisen, die ein Ausgangssteuersignal
bei einer Abweichung des Flugzeugs von der Flugbahn oder von dem durch die Bezugsvorrichtung
bestimmten Flugzustand liefert. Die Vorrichtung 45 kann aus einer oder mehreren
Komponenten bestehen, z. B. einem Lotkreisel mit einem Querachsengeber, einem Höhenmesser,
der eine Ausgangsgröße bei einer Abweichung des Flugzeugs von einer Bezugshöhe gibt,
einem Gleitbahnempfänger, der eine Ausgangsgröße bei einer Abweichung des Flugzeugs
von einem Bezugsanstellwinkel und anderen üblichen Bezugsvorrichtungen liefert,
die zur Steuerung des Flugzeugs um seine Querachse verwendbar sind.
-
Wie Fig. 1 zeigt, liefern das Signal der Bezugsvorrichtung 45 zusammen
mit dem Ausgangssignal eines vom Piloten mit Hilfe des Längsneigungsknopfes 47 gesteuerten
Befehlspotentiometers 46 für die Manövrierung über Leitungen ein Eingangssignal
für einen Verstärker und Gleichrichter 50. Der Ausgangsgleichstrom des Verstärkers
und Gleichrichters 50 wird über eine Leitung 51 den Wicklungen eines Servomotors
52 des Selbststeuergerätes zugeführt. Wie dargestellt, ist der Servomotor 52 ein
elektrischer Kompound-Gleichstrom-Drehmomentmotor der in der USA.-Patentschrift
beschriebenen und dargestellten Art. Der den Pol bildende magnetische Statorteil
des Motors 52 ist, wie Fig. 2 zeigt, fest an dem beweglichen Element oder Gehäuse
13 des Hilfsmotors 12 angebracht. Der bewegliche Teil oder Anker 53 des Servomotors
52 ist am Gehäuse 13 schwenkbar gelagert, so daß er eine begrenzte Bewegung innerhalb
der Zwischenräume zwischen den Polflächen des Statorteiles des Servomotors 52 ausführen
kann. Ein an dem Anker 53 des Servomotors 52 befestigter Arm 54 steuert, wie Fig.
2 zeigt, die Bewegung des zylindrischen Betätigungsgliedes 39 mit Hilfe eines sekundären
hydraulischen der Rotationsbauart, in welchem das Betätigungsglied den Kolben darstellt.
Der segmentartige Kolben des Motors ist mit 55 bezeichnet. Die Zylinderkammern für
den Kolben 55 sind in dem Gehäuse 13 bei 56 und 57 vorgesehen. Das für diesen sekundären
Motor wird vom Gehäuse 13 in einem darin vorgesehenen zylindrischen Hohlraum aufgenommen
und weist eine Ventilstange 59 auf, die aus dem Gehäuse 13 hinausragt und mit dem
Arm 54 des Drehmomentmotors 52 mit Hilfe einer Stift-Schlitz-Verbindung verbunden
ist.
-
Zentrierfedern sind vorgesehen, die normalerweise das in einer neutralen
Stellung gegenüber dem Gehäuse 13 halten. In dieser Stellung bedecken die Kolben
60, 61 die zu den Kanälen 62, 63 und den Kammern 56 bzw. 57 führenden Ventilöffnungen.
Beim Auftreten eines einer Aufwärtsneigung des Flugzeugs entsprechenden Steuersignals
der Bezugsvorrichtung 45 wird der Drehmomentmotor 52 so beeinflußt, daß er das nach
links in Fig. 2 bewegt. Hochdruckflüssigkeit wird der Kammer 56 aus dem Eingangsschlauch
20 durch den Kanal 27, den mit diesem verbundenen Kanal 64, einen offenen Verbindungsweg
65, Kanäle 66; 67, den mittleren Teil des Kolbenschieberventils 58 und einen Kanal
62 zugeführt. Gleichzeitig wird die Kammer 57 zur Ausgangsseite der hydraulischen
Leitung geöffnet, und zwar über den Kanal 63, den Raum des Ventilschiebers rechts
vom Kolben 61, den Verbindungskanal 68 und Kanäle 69, 70 zum Ausflußkanal 30 und
dem Ausgangsschlauch 21. Hierdurch wird das Kolbenbetätigungsglied 39 im Uhrzeigersinne
gedrückt, wodurch die Summierungsvorrichtung oder das Differential 36 die Eingangsgröße
vom Selbststeuergerät erhält, welche den Hebelarm in die gestrichelte Lage 44 bewegt.
Demzufolge schwenkt der das Höhenruder nach unten, wodurch die Aufwärtsneigung des
Flugzeugs korrigiert wird, welche durch das anfängliche Fehlersignal des Selbststeuergerätes
veranlaBt wurde.
Wird das Selbststeuergerät im umgekehrten Sinne
beeinflußt, so wird notwendigerweise das entgegengesetzte Ergebnis erzielt. In diesem
Falle wird das Ventil 58 nach rechts in Fig. 2 gedrückt, und Flüssigkeit tritt unter
Druck in die Kammer 57 durch den Kanal 63 ein. Die Kammer 56 wird dann mit dem Ausfluß-
oder Ausgangsschlauch 21 über den Kanal 62, den Teil des Kolbenschieberventils links
des Kolbens 60, den Verbindungskanal 71 und den Ausströmkanal 69 verbunden. Hierdurch
wird das Betätigungsglied 39 entgegen dem Uhrzeigersinne bewegt und bewegt selbst
das Steuerventil 18 so, daß der Servomotor 12 das Höhenruder nach oben schwenkt.
-
Wird dem Selbststeuergerät der Steuereinrichtung ein solches Signal
zugeführt, daß der Hebelarm 38 des Differentials z. B. in die durch die gestrichelte
Linie 44 dargestellte Lage gebracht wird, so dreht sich der Hebelarm 38 um seine
Verbindung mit der von Hand betätigbaren Stange 37 an einem festen Punkt, während
das Kolbenbetätigungsglied 39 sich um seine Achse dreht und dabei den oberen Drehzapfen
des Hebelarms 38 nach rechts in Fig. 2 bewegt. Das Betätigungsglied 39 bewegt sich
ebenfalls mit dem Gehäuse 13 und folgt damit der Bewegung des Ventils 18. Nimmt
also der Stift des Hebelarms, 38 eine Lage auf der Linie 44 ein, so ist auch das
Gehäuse 13 dementsprechend nach rechts bewegt worden, und das sich in seiner neutralen
Stellung befindende Ventil 18 sperrt den Flüssigkeitsstrom zum Hilfsmotor 12, während
sich das Höhenruder 11 in einer Tiefstellung befindet. Während das Flugzeug hierauf
anspricht, wird das der Steuereinrichtung vom Selbststeuergerät zugeführte Eingangssignal
auf Null herabgesetzt und nimmt das Betätigungsglied 39 wieder seine in ausgezogenen
Linien in Fig. 2 dargestellte anfängliche Mittelstellung ein. Bezüglich des Steuerventils
18 weist die vom Selbststeuergerät stammende Eingangsgröße für die Steuereinrichtung
demgemäß auch eine eigene mechanische Rückführung auf. Aus diesem Grunde kann jede
Steuerung für die Umschaltung von der entsprechenden Handbetriebsart zu der selbsttätigen
Betriebsart der Steuerung wegfallen. Es können auch die Eingangsgrößen der Handsteuerung
und des Selbststeuergerätes der Steuereinrichtung gleichzeitig zugeführt werden,
ohne daß irgendwelche komplizierte Zwischenvorrichtungen erforderlich sind.
-
Bei der Steuereinrichtung nach der Erfindung ist eine Rückführsteuervorrichtung
für das Selbststeuergerät vorgesehen. Wie dargestellt, weist diese Vorrichtung einen
Signalgeber 72 oder einen elektrischen Gleichlaufgeber der Drehfeldgeberbauart auf,
dessen Stator fest am Gehäuse 13 des Servomotors angebracht ist, wie in Fig. 1 dargestellt
ist. Der Rotor des Gebers wird von einem Zahnrad 73, Fig. 2, angetrieben, das in
einen gezahnten Teil des zylindrischen Betätigungsgliedes 39 eingreift. Der Geber
erzeugt ein Signal, dessen Größe von dem Ausmaß der Drehbewegung des Betätigungsgliedes
aus seiner neutralen Lage abhängt und dessen Phase von der Drehrichtung abhängt.
Das rückführende Ausgangssignal des Gebers 72 wird dem Verstärker und Gleichrichter
50 über eine Leitung 74 zugeführt, und zwar entgegengesetzt dem Eingangssignal,
das dem Verstärker und Gleichrichter der Bezugsvorrichtung 45 zugeführt wird.
-
Damit das Manövrieren des Flugzeugs mit Hilfe des Steuerknüppels 33
oder des Handsteuers 32 statt mit Hilfe des Längsneigungssteuerknopfes 47 erleichtert
wird, wird das von dem am Steuerknüppel 33 vorgesehenen Geber 35 erhaltene Ausgangssignal
dem Selbststeuergerät zugeführt, und zwar so, daß es dem Steuereingangssignal der
Bezugsvorrichtung 45 entgegenwirkt. Wie dargestellt, wird dieses Signal nach Integration
in einem Integrator 75 dem Verstärker 50 über eine Leitung 76 zugeführt.
-
Zum Trimmen des Steuerknüppels 33, entweder bei Handsteuerung oder
bei Selbststeuerung der Steuereinrichtung, wird der selbsttätige Trimmschalter 77
in eine Schließstellung gedreht. Das Ausgangssignal der Bezugsvorrichtung 45 des
Selbststeuergerätes, das über die Leitung 78, einen Verstärker 79, eine Leitung
80 und den geschlossenen Schalter 77 zugeführt wird, wird zur Betätigung
des Trimmotors 43 ausgenutzt, welcher die Zahnstange entsprechend bewegt. Bei Handsteuerung
beseitigt der Trimmotor die Spannung in der Steuerknüppel-Gefühlsvorrichtung. Diese
Spannung war vom Piloten am Steuerknüppel anfänglich erzeugt worden, als er den
Befehl zu dem Manöver gab. Bei Selbststeuerung wird das Manöver durch Drehen des
Steuerknopfes 47 eingeleitet. Der Trimmmotor bewegt dann durch die Gefühlsvorrichtung
den freien Steuerknüppel so, daß dieser in der richtigen Trimmung gehalten wird.
Selbsttätige Trimmbewegungen des Steuerknüppels 33 können durch Drehen des Schalters
77 in seine »Aus«-Stellung unmöglich gemacht werden.
-
Das drehbare Betätigungsglied 39 der Steuereinrichtung nach der Erfindung
weist ferner einen eine Begrenzung bildenden Teil in Form eines Schlitzes 81 auf,
der im Querschnitt die allgemeine Form einer sektorartigen Öffnung innerhalb des
zylindrischen Körpers des Betätigungsgliedes hat. Ein Anschlag in Form eines verschiebbaren
Tauchkolbens 82, der vom Gehäuse 13 aufgenommen wird, arbeitet mit dem eine Begrenzung
bildenden Teil zusammen. Ferner ist eine Zentrierung in Form zweier mit gegenseitigem
Abstand angeordneter Stifte 83 in dem geschlitzten Bereich 81 des Betätigungsgliedes
vorgesehen. Diese Stifte können mit den abgeschrägten Seiten des Tauchkolbens 82
in Eingriff kommen. Die mit gegenseitigem Abstand angeordneten radialen Wandungen
des geschlitzten Bereichs begrenzen die Drehung des Betätigungsgliedes 39 innerhalb
des Gehäuses 13 gegenüber dem Anschlagteil 82 und dementsprechend die aus
dem Selbststeuergerät stammende Eingangsgröße für die Summierungsvorrichtung oder-
das Differential 36 der Steuereinrichtung. Diese Anordnung stellt eine veränderbare
Kupplung oder eine die Eingangsgröße abändernde Vorrichtung dar, die zwischen dem
Servomotor des Selbststeuergerätes und dem Differential der Steuereinrichtung angeordnet
ist. Der Servomotor des Selbststeuergerätes kann entweder als Servomotor 52 oder
als sekundärer hydraulischer Hilfsmotor ausgebildet sein, dessen beweglicher Kolbenteil
das Betätigungsglied 39 ist. Die Anordnung weist außerdem ein Mittel zur Begrenzung
der Wirksamkeit oder zur Änderung des Grades des Winkeleinflusses in dem vom Selbststeuergerät
herrührenden Eingang des Differentials auf.
-
Der durch die beschriebene veränderbare Kupplung bestimmte Einflußgrad
wird durch Ändern des Abstandes zwischen dem abgeschrägten Ende des Tauchkolbens
82 und den benachbarten radialen Wandungen des - Schlitzes 81 eingestellt. Eine
Bewegung des Tauchkolbens 82 in eine Lage, in welcher der Kolben die Stifte 83 in
dem Betätigungsglied berührt, zentriert das Betätigungsglied 39 gegenüber dem Gehäuse
13 und macht jede vom Selbststeuergerät herrührende Eingangsgröße für das Differential
zu Null. Eine Verschiebung des Tauchkolbens 82 nach links in
Fig.
2 vergrößert den Abstand zwischen den Wandungen des Schlitzes 81 und dem abgeschrägten
Ende des Tauchkolbens und vergrößert demgemäß den Arbeitsbereich des Betätigungsgliedes
39, das durch die vom Selbststeuergerät herrührende Eingangsgröße für die Steuereinrichtung
gesteuert wird.
-
Der Anschlagteil der veränderbaren Kupplung der in Fig. 2 dargestellten
Steuereinrichtung, nämlich des Tauchkolbens 82, ist eine in einem im Gehäuse 13
vorgesehenen Zylinder 84 verschiebbare Kolbenscheibe. Der Teil des Zylinders 84
rechts von dem geflanschten Teil des die Kolbenscheibe tragenden Tauchkolbens ist
mit dem Eingangsschlauch 20 für die Hochdruckflüssigkeit durch einen Kanal 85 mit
dem Hochdruckflüssigkeitskanal 66 verbunden.
-
Der in dem Zylinder 84 normalerweise vorhandene Druck drängt den Tauchkolben
82 nach links, so daß die Feder 86 zusammengedrückt wird und der Tauchkolben gegen
das Ende einer Stange 87 gedrückt wird, die bei der dargestellten Anordnung in eine
zylindrische Öffnung im Schieber hineinragt. Die Stange 87 ist ein verschiebbarer
Teil, der koaxial zum Zylinder 84 angeordnet ist. Eine axial verlaufende Nut in
der Stange umgreift einen am Gehäuse 13 befestigten Zapfen, der die Stange hindert,
sich gegenüber dem Gehäuse zu drehen. Die axiale Lage der Stange 87 gegenüber dem
Gehäuse 13 bestimmt demgemäß normalerweise den Abstand zwischen dem Tauchkolben
82 und dem geschlitzten Teil des Betätigungsgliedes 39.
-
Die Abstimmung oder Abänderung der Einstellung der Schubstange 87
und des dieser zugeordneten Tauchkolbens 82 wird von einem am Ende der Stange 87
vorgesehenen Gewinde und einem in dieses eingreifenden Antriebszahnrades 88 dargestellt.
Wie abgebildet, wird das drehbar gelagerte Zahnrad 88 von einem durch einen Motor
90 angetriebenen Zahnrad 89 gedreht. Dieser Motor ist ebenfalls ein Teil der Einstellvorrichtung.
Diese Vorrichtung weist ferner entweder selbsttätig oder von Hand betätigbare Steuerungen
zur Regelung der Tätigkeit des Antriebsmotors 90 auf. Ein Einflußrechner 91, Fig.
1, liefert ein Ausgangssignal für den Motor 90 über eine Leitung 92, einen Schalter
93, der auf »Selbst«, d. h. auf Eingang aus dem Selbststeuergerät geschaltet ist,
eine Leitung 94, einen Verstärker 95 und eine Leitung 96 zu den Steuerwicklungen
des Motors. In dieser Schleife der Steuereinrichtung nach der Erfindung ist eine
Rückführung vorgesehen, die von einem Geber oder Signalgenerator 97 gebildet wird.
Dieser gehört zu der für den Geber 35 angegebenen Bauart. Der Anker 98 des Gebers
97 ist fest an einer Verlängerung der Stange 87 angebracht, und der Stator 99 des
Gebers ist fest an dem Gehäuse 13 angebracht. Mit Hilfe der beschriebenen Schleife
wird der Motor 90 so angetrieben, daß er .den Tauchkolben 82 in Übereinstimmung
mit dem Signal des Rechners 91 einstellt. Der Motor 90 ist so lange wirksam, bis
das Signal des Gebers 97, das dem Verstärker 95 über die Leitung 100 zugeführt wird,
das Eingangssignal des Rechners für den Verstärker aufwiegt. Sobald dies eintritt,
hält der Motor an, und der Tauchkolben ist selbsttätig eingestellt. Der Rechner
91 verändert den Grad des Einflusses oder der Wirksamkeit des Selbststeuergerätes
selbsttätig, wodurch eine Überbelastung des Flugzeugs bei selbsttätigem Betrieb
unter sich weitgehend ändernden Flugbedingungen verhindert wird. Die das Flugzeug
beeinflussenden Faktoren, welche vom Rechner 91 berücksichtigt werden, können den
Staudruck, die Höhe, die Nachzahl und die Luftdichte enthalten. Wie in Fig. 1 dargestellt,
kann der Motor 90 auch vom Piloten durch Handeinstellung eines Steuerknopfes 101
gegenüber einer den Auf-Ab-Einflußgrad angebenden Skala 102 reguliert werden. Mit
Hilfe des Knopfes 101 wird das Ausgangssignal eines überbrückten Potentiometers
103 eingestellt. Dieses Ausgangssignal wird über Leitungen 104,105 und den Schalter
93 dem Verstärker 95 zugeführt. Dieser Schalter ist nun auf »Hand« geschaltet, d.
h. auf die Stellung, die dem Hand-Einfluß-Eingang entspricht. Ist der Knopf 101
auf Einfluß Null eingestellt, so wird der Motor 90 so beeinflußt, daß der Tauchkolben
82 in seine Zentrierstellung geschoben wird, in welcher er die Stifte 83 berührt
und jede vom Selbststeuergerät herrührende Eingangsgröße beseitigt. Wird der Knopf
101 im Uhrzeigersinne in die gewünschte Einstellung gedreht, so bewegt der Motor
90 die Stange 87 nach links, wodurch dem Tauchkolben 82 gestattet wird, sich entsprechend
unter dem Einfluß des Flüssigkeitsdrucks im Zylinder 84 zu bewegen. Sobald die richtige
Einstellung des Knopfes erreicht ist, hört der Motor 90 auf zu arbeiten. Der Schieber
nimmt dann eine solche Lage ein, daß er, den Einfluß des Selbststeuergerätes innerhalb
der Steuereinrichtung auf das gewünschte Ausmaß begrenzt.
-
In der Steuereinrichtung nach der Erfindung sind Vorkehrungen getroffen,
die es dem Piloten ermöglichen, die Kontrolle über das Steuerglied 11 des Flugzeugs
zu behalten, wenn die Druckflüssigkeitszufuhr für den hydraulischen Hilfsmotor oder
die Antriebsvorrichtung 12 oder die Zufuhr von elektrischem Strom für das Selbststeuergerät
versagt.
-
Hinsichtlich eines Versagens der hydraulischen Einrichtung bildet
der Tauchkolben 82 der Einflußsteuerung ein normalerweise unwirksames Mittel zum
Herabsetzen der Eingangsgröße für das Differential 36 auf Null. Die Feder 86 dieser
Anordnung stellt ein Überwachungsmittel dar, welches die normalerweise unwirksame
Null-Einstellvorrichtung beim Versagen der Druckflüssigkeitszufuhr für die hydraulische
Antriebsvorrichtung wirksam macht. Beim Verschwinden des Betriebsflüssigkeitsdruckes
infolge eines Versagens der Flüssigkeitspumpe oder eines Bruches der Zufuhrleitung
pflanzt sich die Druckabnahme im Eingangsschlauch 20 in alle Druckkanäle im Gehäuse
13 fort. Zu diesen gehören die Kanäle 27, 28, 64, 66, 67, 85. Beim Verschwinden
des Druckes rechts von der Scheibe des Tauchkolbens 82 bewegt die zusammengedrückte
Feder 86 den Tauchkolben 82 nach rechts, so daß dessen abgeschrägtes Ende die Stifte
83 des Betätigungsgliedes berührt und dieses zentriert. Durch diesen Vorgang wird
demgemäß die der Steuereinrichtung vom Selbststeuergerät zugeführte Eingangsgröße
zu Null gemacht. Gleichzeitig wird der vom Ventil versperrte Verbindungsweg
106 zwischen den Kanälen 23 und 25, der zu den Zylinderenden des Hilfsmotors
12 führt, geöffnet, wodurch der Druck auf beiden Seiten des Kolbens 16 gleichgemacht
wird. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird durch den Hochdruckkanal 107, der mit dem
Eingangsschlauch 20 über die Kanäle 27, 28 und den mittleren -Neil des Kolbenschieberventils
18 zwischen den Kolben 22 und 24 in Verbindung steht, normalerweise ein Ventil 108
in einer blockierenden Stellung in dem Kanal 106 entgegen der Wirkung einer Druckfeder
109 gehalten. Wenn der Druck im Zylinderbereich oberhalb des Ventils 108 abnimmt,
öffnet die Feder 109 den Kanal 106, sofern die hydraulische Seite der Steuereinrichtung
versagt.
Die Anordnung aus Feder 86 und Tauchkolben 82 bewirkt in
der beschriebenen Weise außerdem ein Zentrieren oder Auf-Null-Stellen des Betätigungsgliedes
39, wenn die elektrische Stromzufuhr zu dem Selbststeuergerät versagt. Eine elektrische
Stromquelle ist bei 110 in Fig. 1 dargestellt. Ist der Selbststeuerungsschalter
111 geschlossen, so wird über geeignete Leitungen dem Verstärker und Gleichrichter
50 und dem Verstärker 95 aus der Stromquelle 110 Energie zugeführt. Außerdem wird
Energie aus der Stromquelle 110 einem Elektromagneten 112 über Leitungen 113 und
114 zugeführt, wenn der zur Einschaltung der Selbststeuerung dienende Schalter
115
eingeschaltet ist. Der erregte Elektromagnet 112 hält normalerweise das
Kolbenschieberventil 116 in einer solchen Lage in der zylindrischen Höhlung
im Gehäuse 13, daß die am einen Ende der Höhlung angeordnete Feder 117 zusammengedrückt
ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten normalen Stellung dieses Ventils bildet der
Raum zwischen den Kolben des Kolbenschieberventils eine Öffnung, die den Hochdruckkanal
64 mit dem Kanal 66 verbindet, so daß Flüssigkeit unter Druck sowohl dem Ventil
58 als auch dem Zylinder 84 von dem Einlaßschlauch 20 zugeführt wird. Der Elektromagnet
112 nimmt ein Versagen der elektrischen Stromzufuhr für das Selbststeuergerät wahr
und ist als Teil der Überwachungseinrichtung vorgesehen, die die Eingangsgröße für
die Steuereinrichtung bei einem Versager dieser Art zu Null macht. Da der Elektromagnet
bei einem solchen Versager nicht mehr erregt ist, bewegt die Feder 117 das Kolbenschieberventil
so, daß dessen rechter Kolben das Ende des Kanals 64 bedeckt und daher die Zufuhr
von Hochdruckflüssigkeit zu den Kanälen 66 und 85 sperrt. Gleichzeitig gibt der
linke Kolben des Kolbenschieberventils 116 den zu seinem Zylinder führenden Ausströmkanal
69 frei und verbindet ihn mit den Kanälen 66 und 85 durch den offenen Raum zwischen
den Kolben des Schiebers. Unter der Wirkung der Feder 86 wird dann der Tauchkolben
82 längs der Stange 87 bewegt, so daß er die Stifte 83 des Betätigungsgliedes 39
berührt, dieses Glied zentriert und damit die aus dem Selbststeuergerät stammende
Eingangsgröße für die Steuereinrichtung unter dieser Bedingung zu Null macht. Versagt
nur die elektrische Stromzufuhr für das Selbststeuergerät, so behält der Pilot die
Kontrolle über das Steuerglied 11 durch den Hilfsmotor 12.
-
Wird bei der Steuereinrichtung nach der Erfindung der Hilfsmotor 12
durch ein Versagen seiner Flüssigkeitszufuhr unwirksam, so behält der Pilot immer
noch die unmittelbare Kontrolle über das Steuerglied durch Handbetätigung des Steuerknüppels
33. In diesem Falle greift ein Teil des Differentialhebelarmes 38 an einem der zusätzlich
eine Begrenzung bildenden Ansätze 118, 119 an, die an dem einen veränderbaren Einfluß
gewährenden Betätigungsglied 39 vorgesehen sind, wodurch das Gehäuse 13 bewegt und
die Steuerfläche 11 entsprechend betätigt wird.