DE1188445B

DE1188445B - Airplane with a control linkage that does not translate linearly the deflection of the stick for the elevator

Info

Publication number: DE1188445B
Application number: DEE22621A
Authority: DE
Inventors: John Campbell Gibson; Ansdell Lytham St Annes
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1962-03-28
Filing date: 1962-03-28
Publication date: 1965-03-04

Description

Flugzeug mit einem die Ausschläge des Steuerknüppels für das Höhenruder nicht linear übersetzenden Steuergestänge Ein Merkmal der Vochleistungsllugzeuge ist die beträchtliche Äi@derunQ der Wirksamkeit der Ruder bei unterschiedlichen Flugbedingungen. Das Verhältnis der Wirksamkeit kann zwischen hohen Unterschallgeschwindigkeiten bei geringer Höhe und mäßigen Überschallgeschwindigkeiten bei großer Flughöhe oder bei der Landung 15: 1 betragen. Während kleine Steuerknzippelaussdiläge für eine bestimmte Beschleunigung im ersten Fall erforderlich sind, müssen im zweiten Fall sehr große Steuerknüppelausschläge vorgenommen werden, so daß der Flugzeugführer Schwierigkeiten hat bezüglich der SteuerüberempfindlichlKeit bzw. der Steuerunterempfindlichkeit. Außerdem mu ß ein großer Gesamtausschlag für die Ruder vorgesehen werden, damit eine ausreichende Überschall-Manövrierfähigkeit bei großen Höhen erhalten wird, so daß der Gesamtsteuerknüppelweg, der gewöhnlich begrenzt ist, einen größer;,nuderbeivegungsbereich bedecken muß, als es bisher notwendig war, wodurch das Problem der Überempfindlichkeit noch erschwert wird.Airplane with a control linkage that does not translate the deflection of the control stick for the elevator in a linear manner. The ratio of effectiveness between high subsonic speeds at low altitudes and moderate supersonic speeds at high altitudes or when landing can be 15: 1. While small control stick outputs are required for a certain acceleration in the first case, in the second case very large control stick deflections have to be made, so that the pilot has difficulties with regard to the control oversensitivity or the control undersensitivity. In addition, a large overall deflection must be provided for the rudders in order to obtain sufficient supersonic maneuverability at high altitudes, so that the overall stick travel, which is usually limited, must cover a larger range of nuder movement than was previously necessary The problem of hypersensitivity is exacerbated.

Um diese Nachteile zu überwinden, ist es bekannt, das Getriebe zwischen dem Steuerknüppel und den Rudern Gemäß den Flugbedingungen so zu verändern, daß bei der gleichen Gesainisteuerknüppelverstellung unterschiedliche Ruderanstellungen erlangt werden. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das Getriebe, das kein Spiel haben darf, rnit der Recheneinrichtung und den erforderlichen Sicherheitseinrichtungen sehr kompliziert wird. Bei einem anderen bekannten System hat der Steuerknüppel eine festgelegte Neutralstellung, und die Trimmung wird über ein ausdehnbares Gestänge im Steuerkreis bewirkt. Ein, nichtlineares Gestänge bewirkt dann gegenüber dem linearen Gestänge einen höheren Steuerknüppelausschlag für kleine Ruderanstellungen, als es sonst von der ausgetrimmten Neutralstellung erforderlich wäre. Hierdurch wird es mög_ lich, eine größere Steuerknüppelverstellung bei vorgegebener Wirksamkeit der Ruder bei höheren Unterschallgeschwindigkeiten zu erreichen, als dies mit einem linearen Gestänge möglich wäre. Ein Nachteil dieses Systems liegt darin, daß die schnelle Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes sogar bei mäßig kleinen Verstellungen des Steuerknüppels eine präzise Steuerung noch schwieriger machen und außerdem zti den unerwünschten Steuercharakteristiken bezüglich des statischen und dynamischen Zustandes führen.In order to overcome these disadvantages, it is known that the transmission between To change the control stick and the rudders according to the flight conditions so that Different rudder positions with the same total control stick adjustment to be obtained. This method has the disadvantage that the gearbox has no backlash may have, with the computing device and the necessary safety devices becomes very complicated. In another known system, the joystick has a fixed neutral position, and the trim is via an expandable linkage causes in the control circuit. A, non-linear linkage then has the opposite effect to the linear one Linkage has a higher stick deflection for small rudder adjustments than it would otherwise be required from the trimmed neutral position. This will it is possible to have a larger stick adjustment with a given effectiveness the rudder can be reached at higher subsonic speeds than with a linear linkage would be possible. A disadvantage of this system is that the quick change of the gear ratio of the gearbox even with moderately small ones Adjustments of the joystick make precise control even more difficult and also the undesirable control characteristics related to the static and dynamic state.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flugzeugsteuereinrichtung zu schaffen, bei der unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile eine optimale Manövrierfähigkeit in allen Bereichen erzielt wird, wobei dem Flugzeugführer unmittelbar von dem Steuerknüppel aus eine Information über die Anstellung der Ruder gegeben wird, wie die, vom Flugzeugführer allgemein. gewünscht wird.The invention is based on the object of an aircraft control device to create an optimal one while avoiding the disadvantages described Maneuverability in all areas is achieved, taking the pilot immediately information about the adjustment of the rudders is given from the control stick is, like that, generalized by the pilot. it is asked for.

Diese Aufgabe wird bei einem Flugzeug mit einem die Ausschläge des Steuerknüppels für das Höhenruder nicht linear übersetzenden Steuergestänge erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das übersetzungsverhältnis von einem Minimalwert auf einen Maxirmalwert steigt, wenn der Steuerknüppel aus seiner rückwärtigsten in seine vorderste Lage bewegt wird. Dies bedeutet, daß bei angezogenem Steuerknüppel ein weiterer Weg desselben zurückgelegt werden muß, um die gleiche prozentuale Anstellung des Höhenruders zu erreichen, wie dies bei Ausschlägen irn Bereich seiner vordersten Stellung der Fall ist.This task is performed on an aircraft with one of the deflections of the Control stick for the elevator not linearly translating control linkage according to the invention solved in that the transmission ratio from a minimum value to a maximum value increases when the joystick moves from its most rearward to its forwardmost position is moved. This means that when the control stick is pulled, another way of the same must be traveled in order to achieve the same percentage adjustment of the elevator reach, as is the case with rashes in the area of its foremost position is.

Hierdurch wird der Vorte_l erzielt, daß unter allen Flugbedingungen jeder beliebigen Stellung des Steuerknüppels eine bestimmte zugeordnete Stellung des Höhenruders entspricht, weil das übersetzungsverhältnis in einem bestimmten differentiellen Bereich des Steuerknüppelausschlages unter allen Flugbedingungen konstant ist. Es wird durch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung möglich, bei dem normal zur Verfügung stehenden Steuerknüppelausschlag alle Bereiche in zweckmäßiger Weise zu beherrschen, weil in jenen Bereichen, die eine feinfühligere Steuerung erfordern, ein größerer Steuerknüppelausschlag für die gleiche Winkelanstellung erforderlich ist als in anderen Bereichen, in denen der Einfluß der Winkelverstellung des Ruders bezüglich der Manövrierung geringere Wirkung hat. In diesem Bereich wird mit verhältnismäßig geringem Ruderausschlag ein größerer Verstellwinkel erzielt. Es wird also in zweckmäßiger Weise die Steuerwirksamkeit bezüglich des Ruderausschlags in einem Bereich gedehnt und im anderen Bereich zusammengedrängt, so daß bei einer optimalen Steuerung der gesamte Steuerbereich unter allen Flugbedingungen mit dem üblichen Gesamtsteuerausschlag beherrscht werden kann.This has the advantage that under all flight conditions any position of the joystick has a specific assigned position of the elevator corresponds because the gear ratio in a certain differential range of stick deflection under all flight conditions is constant. It is made possible by the control device according to the invention at the normally available control stick deflection, all areas in a more functional way Way to master because in those areas that have a more sensitive control require a larger stick deflection for the same angular position is required as in other areas where the influence the angular adjustment of the rudder has less effect on maneuvering. In this area, a relatively small rudder deflection becomes larger Adjustment angle achieved. So it becomes the tax effectiveness in an expedient manner with respect to the rudder deflection stretched in one area and compressed in the other area, so that with optimal control the entire control area under all flight conditions can be controlled with the usual total tax rate.

Die Anwendung der Erfindung beschränkt sich nicht auf die Steuerung des Höhenruders, sondern kann z. B. auch zur Steuerung der Querruder und aller Ruder benutzt werden, die am Leitwerk oder Hauptflügel zur Neigungssteuerung angebracht sind.The application of the invention is not limited to the control of the elevator, but can, for. B. can also be used to control the ailerons and all rudders that are attached to the tail unit or main wing for tilt control.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist auch anwendbar für ein Flugzeug mit einem Höhenruder, das zugleich als Höhentrimmflosse dient und durch eine vom Steuerknüppel gesteuerte Hilfskraft verstellt wird, wobei am Steuerknüppel in an sich bekannter Weise künstlich ein Ruderdruck simuliert wird. Bei einer solchen Steuereinrichtung erfolgt erfindungsgemäß die Trimmung des Höhenruders mittels der Simuliereinrichtung durch Änderung der Neutralstellung des Steuerknüppels. Unter allen Flugbedingungen wird dann der Steuerknüppel durch die Simuliereinrichtung zur Erzeugung eines künstlichen Steuergefühls in einer Neutralstellung gehalten, in der das Flugzeug für die tatsächlich vorliegenden Flugbedingungen ausgetrimmt ist.The control device according to the invention is also applicable for a Airplane with an elevator, which also serves as an altitude trim tab, and through an auxiliary force controlled by the joystick is adjusted, with the joystick a rudder pressure is artificially simulated in a manner known per se. With such a According to the invention, the control device trims the elevator by means of the Simulating device by changing the neutral position of the control stick. Under In all flight conditions, the control stick is then controlled by the simulator held in a neutral position to create an artificial sense of control, in which the aircraft is trimmed for the actual flight conditions is.

Die neutrale Stellung des Steuerknüppels für hohe Unterschallgeschwindigkeiten bei geringer Höhe wird im wesentlichen ganz vorn liegen, wenn sich das Höhenruder in Trimmstellung befindet, und der Steuerknüppel wird sich in seiner im wesentlichen am weitesten zurückgezogenen Stellung befinden, wenn das Flugzeug mit ausgetrimmtem Höhenruder in großer Höhe mit mäßiger überschallgeschwindigkeit fliegt oder wenn das Flugzeug landet. Der Betrag, um den im Fluge das Höhenruder bzw. der Steuerknüppel aus der neutralen Mittelstellung bewegt wird, um das Flugzeug in den zulässigen Grenzen zu manövrieren, ist im allgemeinen ziemlich klein im Vergleich zu dem Gesamtweg, und da das Übersetzungsverhältnis bei der erfindungsgemäßen Einrichtung automatisch gemäß dem Höhenrudertrimmwinkel gewählt wird und weil das Getriebeübersetzungsverhältnis zwischen Steuerknüppel und Höhenruder sich mit der Höhenruderstellung und demgemäß mit dem Trimmwinkel ändert, sind die Charakteristiken der Höhenruderwirksamkeit und des Höhenrudertrimmwinkels so, daß eine geeignete Steuerempfindlichkeit unter allen Flugbedingungen erhalten wird. Außerdem ist in den Grenzen, die durch die Festigkeit des Flugzeuges bzw. durch den kritischen Anstellwinkel bedingt sind, die Nichtlinearität der Steuerknüppelverstellung im Verhältnis zur Beschleunigung in den meisten Fällen vernachlässigbar, wie weiter unten noch im einzelnen beschrieben wird, vorausgesetzt, daß das Gestänge nicht übermäßig nichtlinear ist. Es ist nicht möglich, einen konstanten Steuerknüppelausschlag für eine bestimmte Beschleunigung bei allen Flugbedingungen zu erlangen, wie es gelegentlich als ideal gefordert wird und zugleich eine konstante Steuerknüppelreaktionskraft zu erhalten. Weil nur ein kleiner Teil des Gesamtsteuerknüppelweges für jedes Manöver benutzt wird, ist die Nichtlinearität der Steuerknüppelverstellung verhältnismäßig klein.The neutral position of the joystick for high subsonic speeds at low altitude it will essentially be at the very front when the elevator is down is in trim position, and the joystick will be in its essentially most retracted position when the aircraft is trimmed Elevator flies at high altitude at moderate supersonic speed or when the plane lands. The amount by which the elevator or joystick is in flight from the neutral center position is moved to the aircraft in the permissible Maneuvering boundaries is generally quite small compared to the total distance and since the transmission ratio in the device according to the invention is automatic is chosen according to the elevator trim angle and because the gear ratio between the joystick and elevator is related to the elevator position and accordingly changes with trim angle are the characteristics of elevator effectiveness and the elevator trim angle so that a suitable control sensitivity is below all flight conditions is preserved. It is also within the limits imposed by the The strength of the aircraft or the critical angle of attack, the non-linearity of the stick displacement in relation to the acceleration in most cases negligible, as described in detail below provided that the linkage is not excessively non-linear. It is not possible to have a constant stick deflection for a certain acceleration to be achieved in all flight conditions, as is occasionally required as ideal while maintaining a constant stick reaction force. Because only one small portion of the total stick travel used for each maneuver is that The non-linearity of the joystick adjustment is relatively small.

Die Steuerknüppelkraft, die von der Steuergefühlsanlage geliefert wird, würde unter allen Flugbedingungen nahezu linear zur erzielten Beschleunigung sein, wenn die Steuerknüppelverstellungen ebenfalls nahezu linear zur erzielten Beschleunigung wären. Wenn jedoch eine übliche Steuergefühlseinrichtung derjenigen Art benutzt wird, die auf die Luftdichte und das Quadrat der tatsächlichen Luftgeschwindigkeit anspricht, sind die Steuerknüppelkräfte für eine bestimmte Beschleunigung bei verschiedenen Flugbedingungen unterschiedlich, was unerwünscht ist.The stick force provided by the control feeler system would be almost linear to the acceleration achieved under all flight conditions be when the joystick adjustments are also almost linear to the achieved Acceleration would be. If, however, a common control feel device of those Type used is based on the air density and the square of the actual air speed responds, the stick forces for a given acceleration are at different Flight conditions different, which is undesirable.

Wenn eine Steuergefühlsanlage dieser Bauart in einem Steuersystem mit nichtlinearem übersetzungsverhältnis zwischen der Bewegung des Steuerknüppels und des Höhenruders benutzt wird, können richtige Steuerknüppelkräfte unter praktisch allen Flugbedingungen erlangt werden, indem man ein zweites nichtlineares Gestänge zwischen der Steuergefühlsanlage und dem Steuerknüppel zusätzlich zu dem ersten nichtlinearen Gestänge zwischen Steuerknüppel und Höhenruder vorsieht.When a control feeling system of this type in a control system with non-linear transmission ratio between the movement of the control stick and elevator is used, proper stick forces can be under handy all flight conditions can be achieved by adding a second non-linear linkage between the control feeler and the joystick in addition to the first provides non-linear linkage between the control stick and elevator.

Die beiden nichtlinearen Gestänge können z. B. als Gelenkvierecke ausgebildet sein, von denen je zwei gleiche Arme am Flugzeugkörper an den Endpunkten einer festen Basis gelenkig angeordnet und an ihren freien Enden durch einen Lenker verbunden sind. Der Betrag der Nichtlinearität eines solchen Gestänges kann leicht durch Veränderung der Länge des Lenkers verändert werden. Wenn sich die Länge des Lenkers der Länge der Basis nähert, nähert sich das Gelenkviereck dem linearen Zustand, während die Nichtlinearität zunimmt, wenn die Differenz zwischen der Länge des Lenkers und der Länge der Basis zunimmt.The two non-linear linkages can, for. B. as an articulated square be formed, each of which has two identical arms on the aircraft body at the end points a fixed base and articulated at their free ends by a handlebar are connected. The amount of non-linearity of such a linkage can be easily can be changed by changing the length of the handlebar. When the length of the Handlebar approaches the length of the base, the quadrangle approaches the linear state, while the non-linearity increases as the difference between the length of the handlebar and the length of the base increases.

Die Eingangsarme der beiden Gelenkvierecke sind z. B. durch eine querverlaufende Vorgelegewelle fest miteinander gekuppelt und mit üblichen Gelenkanordnungen an den Steuerknüppel angeschlossen. Der Ausgangsarm eines der Gelenkvierecke ist über übliche Gestängeeinrichtungen mit einer Steuergefühlsanlage verbunden, und der Ausgangsarm des anderen Gelenkvierecks ist in gleicher Weise mit dem Höhenruder verbunden.The input arms of the two quadrangles are z. B. by a transverse Countershaft firmly coupled to one another and with the usual joint arrangements connected to the joystick. The starting arm of one of the articulated quadrilaterals is over conventional linkage devices connected to a control feeler system, and the output arm the other four-bar linkage is connected to the elevator in the same way.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Gesamtanordnung des nichtlinearen Doppelgestänges gemäß der Erfindung, F i g. 2 und 3 schematische Seitenansichten der beiden Gelenkvierecke, die die beiden nichtlinearen Gestänge bilden, in größerem Maßstab, F i g. 4 eine graphische Darstellung, die den prozentualen Weg des Steuerknüppels als Funktion des prozentualen Höhenruderwinkels für ein lineares Gestänge (strichlierte Kurve) und für ein nichtlineares Gestänge (voll ausgezogene Kurve) zeigt; die prozentualen Steuerknüppelwege für einen Beschleunigungszuwachs von 19 sind für einen überempfindlichkeitsbereich bzw. einen Unterempfindlichkeitsbereich dargestellt, F i g. 5 eine graphische Darstellung, die den zum Austrimmen eines typischen Überschallflugzeuges erforderlichen Höhenruderwinkel als Funktion der Machzahl zeigt, d. h. jenen Höhenruderwinkel, bei welchem das Flugzeug in verschiedenen Höhenlagen in der vertikalen Ebene ständig ohne Beschleunigung ist, F i g. 6 eine graphische Darstellung, welche als Funktion der Machzahl den Höhenruderwinkel zeigt, der zusätzlich zu dem Trimmwinkel gemäß F i g. 5 erforderlich ist, um eine normale Beschleunigungszunahme von 1 g für das gleiche Flugzeug in verschiedenen Höhen zu erzeugen, F i g. 7 eine graphische Darstellung der Steuerknüppelkräfte als Funktion der Beschleunigung für ein lineares Gestänge zwischen Steuerknüppel, Steuergefühlseinrichtung und Höhenruder, F i g. 8 eine der F i g. 7 entsprechende graphische Darstellung mit dem Unterschied, daß ein nichtlineares Gestänge zwischen Steuerknüppel und Höhenruder vorgesehen ist, F i g. 9 eine der F i g. 7 entsprechende graphische Darstellung mit dem Unterschied, daß ein nichtlineares Gestänge zwischen der Steuergefühlseinrichtung und dem Handsteuer für den Flugzeugführer vorgesehen ist.Further advantages and details of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment with reference to the drawings. In the drawings, F i g. 1 is a schematic perspective view of an overall arrangement of the non-linear double linkage according to the invention, FIG. 2 and 3 are schematic side views of the two articulated quadrangles that form the two non-linear linkages, on a larger scale, FIG. 4 is a graph showing the percent stick travel as a function of percent elevator angle for a linear linkage (dashed curve) and for a non-linear linkage (solid curve); the percentage stick travels for an increase in acceleration of 19 are shown for an over-sensitivity range and an under-sensitivity range, respectively, FIG. 5 is a graph showing the elevator angle required to trim a typical supersonic aircraft as a function of Mach number, ie that elevator angle at which the aircraft is constantly without acceleration at various altitudes in the vertical plane, FIG. 6 is a graph which shows the elevator angle as a function of the Mach number, which in addition to the trim angle according to FIG. 5 is required to produce a normal increase in acceleration of 1 g for the same aircraft at different altitudes, F i g. 7 is a graph of the stick forces as a function of acceleration for a linear linkage between the stick, control feeler and elevator, FIG. 8 one of the F i g. 7 corresponding graphical representation with the difference that a non-linear linkage is provided between the control stick and elevator, FIG. 9 one of the F i g. 7 corresponding graphical representation with the difference that a non-linear linkage is provided between the control feeler device and the hand control for the pilot.

Der Steuerknüppel 1 für den Flugzeugführer ist bei 2 schwenkbar am Flugzeugaufbau befestigt. Bei 3 ist an dem Steuerknüppel die übliche Schub- und Zugstange 4 angelenkt, deren anderes Ende bei 5 mit einem ersten nichtlinearen Gestänge verbunden ist. Dieses Gestänge besteht aus zwei Armen 6-7 und 13-11 gleicher Länge, die bei 7 bzw.13 am Flugzeugkörper 9 schwenkbar angelenkt sind. Die Punkte 7 und 13 bilden die feste Basis eines Gelenkvierecks 7-6-11-13. Die freien Enden dieser bei 7 und 13 angelenkten Arme sind über einen Lenker 6-11 verbunden, der kürzer ist als der Abstand zwischen den Gelenkpunkten 7-13 und dessen Länge zwecks Veränderung der Nichtlinearität des Gestänges verändert werden kann.The control stick 1 for the pilot is pivotable at 2 on Aircraft superstructure attached. At 3 is the usual thrust and on the joystick Drawbar 4 hinged, the other end at 5 with a first non-linear linkage connected is. This rod consists of two arms 6-7 and 13-11 of the same length, which are pivotably articulated at 7 and 13 on the aircraft body 9. Points 7 and 13 form the solid base of a quadrangle 7-6-11-13. The free ends of this at 7 and 13 articulated arms are connected via a link 6-11, which is shorter is as the distance between the hinge points 7-13 and its length for the purpose of change the non-linearity of the linkage can be changed.

Eine ein künstliches Steuergefühl erzeugende Einrichtung 24 ist bei 12 über schematisch angedeutete bekannte Übertragungsmittel 14 an den Arm 13-11 angelenkt, und es kann außerdem eine übliche Trimmeinstelleinrichtung 25 vorgesehen werden.An artificial control feeling generating device 24 is at 12 via schematically indicated known transmission means 14 to the arm 13-11 articulated, and a conventional trim adjustment device 25 can also be provided will.

Ein zweites nichtlineares Gestänge besteht in gleicher Weise aus einem Gelenkviereck, dessen feste Basis 15-19 gegenüber dem Flugzeugkörper 9 fest ist. Die beiden Arme 15-16 und 19-18 dieses Gestänges, die an der Basis gelenkig angeordnet sind, weisen eine einander gleiche Länge auf und sind an ihren freien Enden über einen Lenker 16-18 miteinander verbunden, der kürzer als die Basis 15-19 ist. Bei 20 ist der Arm 19-18 mit einem üblichen schematisch dargestellten und mit 21 bezeichneten Gestänge gelenkig verbunden, das seinerseits mit einer aerodynamischen Ruderfläche 22 (z. B. ein allseits bewegliches Höhenleitwerk) verbunden ist.A second non-linear linkage consists in the same way of a four-bar linkage, the fixed base 15-19 of which is fixed with respect to the aircraft body 9. The two arms 15-16 and 19-18 of this linkage, which are articulated on the base, have the same length and are connected to one another at their free ends via a link 16-18 which is shorter than the base 15-19 is. At 20 , the arm 19-18 is articulated to a conventional, schematically illustrated linkage designated 21, which in turn is connected to an aerodynamic rudder surface 22 (for example a horizontal stabilizer that is movable in all directions).

Die beiden nichtlinearen Gestänge sind miteinander über eine querverlaufende Vorgelegewelle 8 verbunden, die die Arme 7-6 und 15-16 miteinander verbindet.The two non-linear linkages are connected to one another via a transverse countershaft 8 which connects the arms 7-6 and 15-16 to one another.

Das nichtlineare Gestänge 7-6-11-13 liegt zwischen dem Steuerknüppel 1 des Piloten und der Einrichtung zur Erzeugung des künstlichen Steuergefühls, und das andere nichtlineare Gestänge, nämlich das Gelenkviereck 15-16-18-19, liegt zwischen dem Steuerknüppel l des Piloten und der aerodynamischen Ruderfläche 22. In dem Gestänge 21, das zu der aerodynamischen Ruderfläche 22 führt, kann ein an sich bekannter Kraftantrieb 23 vorgesehen sein. Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß sich das Gelenkviereck 15-16-18-19 zwischen zwei Endstellungen bewegen kann. In einer dieser Endstellungen steht der Arm 15-16 senkrecht zur Basis 15-19, und der Arm 19-18 ist in einem Winkel 0 gegenüber einer Senkrechten zu der Basis 15-19 angestellt. In der anderen Endstellung steht der Arm 19-18 senkrecht zu der Basis, und der Arm 15-16 weist gegenüber einer auf der Basis 15-19 stehenden Senkrechten einen Winkel (-b auf.The non-linear linkage 7-6-11-13 lies between the control stick 1 of the pilot and the device for generating the artificial control feeling, and the other non-linear linkage, namely the articulated square 15-16-18-19, lies between the control stick 1 of the pilot and the aerodynamic rudder surface 22. In the linkage 21, which leads to the aerodynamic rudder surface 22, a power drive 23 known per se can be provided. From Fig. 2 it can be seen that the quadrangle 15-16-18-19 can move between two end positions. In one of these end positions, the arm 15-16 is perpendicular to the base 15-19, and the arm 19-18 is set at an angle 0 with respect to a perpendicular to the base 15-19. In the other end position, the arm 19-18 is perpendicular to the base, and the arm 15-16 has an angle (-b) with respect to a perpendicular standing on the base 15-19.

Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß das Gelenkviereck 7-6-11-13, das mit dem anderen Gelenkviereck über die Vorgelegewelle 8 (F i g. 1) gekuppelt ist, in diesen Endstellungen gegenüber der auf der Basis 7-13 stehenden Senkrechten um einen Winkel JO versetzt ist, weil der Lenker 6-11 länger als der Lenker 16-18 des Gelenkvierecks 15-16-18-19 ist. Durch Änderung der Länge des Lenkers 16-18 kann die winkelmäßige Versetzung verändert werden. In F i g. 4 zeigt die strichlierte gerade Linie die lineare Abhängigkeit zwischen der Bewegung des Steuerknüppels und dem Ausschlag des Höhenruders, d. h. die Linie läuft durch den Koordinaten-Nullpunkt mit konstanter Steigung.From Fig. 3 it can be seen that the quadrangle 7-6-11-13, the is coupled to the other four-bar linkage via the countershaft 8 (Fig. 1), in these end positions in relation to the vertical standing on the base 7-13 is offset by an angle JO because the handlebars 6-11 are longer than the handlebars 16-18 of the The quadrangle is 15-16-18-19. By changing the length of the handlebars 16-18 can the angular displacement can be changed. In Fig. 4 shows the dashed line straight line is the linear relationship between the movement of the joystick and the deflection of the elevator, d. H. the line runs through the coordinate zero point with constant slope.

Das nichtlineare Gestänge zwischen dem Steuerknüppel des Flugzeugführers und dem Leitwerk erzeugt die voll ausgezogene Kurve, die im Koordinaten-Anfangspunkt mit einer geringeren Steigung beginnt und den 100°/Q-Punkt mit einer größeren Steigung erreicht als die strichlierte Gerade.The non-linear linkage between the pilot's stick and the tail unit creates the full curve that is in the coordinate starting point begins with a smaller slope and the 100 ° / Q point with a larger slope reached as the dashed line.

F i g. 5 zeigt als Funktion der Machzahl den Höhenflossenwinkel, der erforderlich ist, um ein typisches Überschallflugzeug so auszutrimmen, daß es während eines unbeschleunigten Fluges auf gleicher Höhe gehalten wird, und zwar für Flüge in Normal-Null und in Höhen von 6100m, 12200m und 15 250 m.F i g. 5 shows as a function of Mach number, the HSS angle which is required to a typical supersonic aircraft, required to so that it is kept at the same level during a unaccelerated flight, namely for flights in normal-zero and at altitudes of 6100m, 12200m and 15 250 m.

F i g. 6 zeigt als Funktion der Machzahl den Höhenruderwinkel, der zusätzlich zu dem Trimmwinkel erforderlich ist, um eine normale Beschleunigungszunahme von 1 g bei demselben Flugzeug zu erzielen, und zwar für die gleichen Höhen wie in F i g. 5.F i g. 6 shows the elevator angle as a function of the Mach number in addition to the trim angle is required to increase normal acceleration of 1 g on the same aircraft for the same heights as in Fig. 5.

Aus F i g. 6 ist ersichtlich, daß bei hohen Unterschallgeschwindigkeiten in einer Höhe entsprechend Normal-Null die geringste Veränderung des Höhenruderwinkels bei einer bestimmten Beschleunigungszunahme erforderlich ist und daß unter diesen Flugbedingungen der Trimmwinkel ebenfalls ein Minimum hat. Unter diesen Flugbedingungen kann demgemäß eine Überempfindlichkeit der Steuerung eintreten, was in bezug auf eine Übersteuerung des Flugzeuges und im Hinblick darauf, daß der Flugzeugführer die Steuergewalt verlieren kann, außerordentlich gefährlich ist.From Fig. 6 it can be seen that at high subsonic speeds the slightest change in the elevator angle at an altitude corresponding to normal zero is required at a certain increase in acceleration and that below these Flight conditions the trim angle also has a minimum. Under these flight conditions can accordingly lead to an oversensitivity of the control, what with respect to oversteering the aircraft and with a view to the fact that the pilot lose tax power is extremely dangerous.

Umgekehrt wird bei mäßigen überschallgeschwindigkeiten in großen Höhen eine maximale Veränderung des Höhenruderwinkels bei einer bestimmten Beschleunigungszunahme gefordert (F i g. 6). Unter diesen Flugbedingungen kann demgemäß eine Unterempfindlichkeit auftreten, die zwar nicht gefährlich ist, aber von dem Flugzeugführer als unzweckmäßig empfunden wird, da große Ausschläge des Steuerknüppels erforderlich sind.Conversely, at moderate supersonic speeds at high altitudes a maximum change in the elevator angle for a given increase in acceleration required (Fig. 6). Under these flight conditions, there may be an under-sensitivity occur which, although not dangerous, are considered inexpedient by the pilot is felt because large deflections of the control stick are required.

Im folgenden wird wieder auf F i g. 4 Bezug genommen. Die Ordinate des Punktes A, der auf der strichlierten Linie liegt und die Ordinate des entsprechenden Punktes A1 auf der voll ausgezogenen Kurve markieren für einen Flugzeugstand bei mäßiger überschallgeschwindigkeit von M = 1,4 und eine Höhe von 15 250 m den prozentualen Steuerknüppelweg, der für eine Beschleunigungszunahme von 1 g erforderlich ist. Bei einem linearen Getriebe würde ungefähr ein 45%iger Steuerknüppelweg erforderlich sein (Punkt A), während bei Anwendung des nichtlinearen Getriebes der Prozentsatz auf ungefähr 36 0/0 (Punkt A') erniedrigt wird, was eine beträchtliche Einsparung in der Steuerknüppelbewegung bedeutet.In the following, reference is again made to FIG. 4 referenced. The ordinate of point A, which lies on the dashed line, and the ordinate of the corresponding point A1 on the fully drawn-out curve, mark the percentage stick travel for an aircraft at a moderate supersonic speed of M = 1.4 and an altitude of 15,250 m an increase in acceleration of 1 g is required. A linear transmission would require approximately 45% stick travel (point A), while using the non-linear transmission the percentage would be decreased to approximately 36 0/0 (point A ') , which means a considerable saving in stick movement.

Umgekehrt wird bei hohen Unterschallgeschwindigkeiten von M = 0,9 in einer Höhe entsprechend Normal-Null die Steuerknüppelbewegung für eine Beschleunigungszunahme von 1 g durch die Differenzen der Ordinaten der Punkte B und C bzw. B1 und Cl ausgedrückt. Die Differenz beträgt auf der strichlierten Geraden (ohne nichtlineares Getriebe) ungefähr 6% des Steuerknüppelweges und die Differenz der Ordinaten der Punkte B1 und Cl auf der vollausgezogenen Kurve (mit nichtlinearem Getriebe) ungefähr 9 %, wodurch der Steuerknüppelweg auf den eineinhalbfachen Wert vergrößert ist, so daß die Überempfindlichkeit damit vermindert wird. Die Einführung einer Nichtlinearität in das Getriebe zwischen den Steuerknüppel des Flugzeugführers und das Höhenleitwerk hat demgemäß bezüglich des Steuerknüppelweges beträchtliche Vorzüge sowohl im Bereich der Überempfindlichkeit als auch im Bereich der Unterempfindlichkeit.Conversely, at high subsonic speeds of M = 0.9 at a height corresponding to normal zero, the control stick movement for an increase in acceleration of 1 g is expressed by the differences between the ordinates of points B and C and B1 and Cl, respectively. The difference is on the dashed line (without non-linear gear) about 6% of the stick travel and the difference between the ordinates of points B1 and Cl on the fully extended curve (with non-linear gear) about 9%, whereby the stick travel is increased to one and a half times the value, so that the hypersensitivity is thus reduced. The introduction of a non-linearity into the gearbox between the pilot's control stick and the horizontal stabilizer accordingly has considerable advantages both in terms of stick travel hypersensitivity as well as in the area of hypersensitivity.

Es müssen jedoch auch die Wirkungen des nichtlinearen Getriebes auf die Steuerknüppelkräfte untersucht werden.However, the effects of the non-linear gear must also be applied the stick forces are examined.

F i g. 7 veranschaulicht die erforderlichen Steuerknüppelkräfte als Funktion der Beschleunigung für ein Flugzeug mit einer künstlichen Steuergefühlseinrichtung der Bauart, die auf die Luftdichte und das Quadrat der tatsächlichen Luftgeschwindigkeit anspricht. Es ist ersichtlich, daß die Steuerknüppelkraft direkt proportional der Beschleunigungszunahme ist, die durch den Steuerknüppel erzeugt wird. Die vollausgezogene Linie in F i g. 7 zeigt die optimale Beziehung zwischen der Steuerknüppelkraft und der Beschleunigung, die jedoch Änderungen unterworfen ist infolge von Änderungen des Gewichtes oder der Schwerpunktslage des Flugzeuges, wie durch die strichlierten Linien angedeutet.F i g. 7 illustrates the required stick forces as Function of acceleration for an aircraft with an artificial control feel device the design, the air density and the square of the actual air speed appeals to. It can be seen that the stick force is directly proportional to the Acceleration gain generated by the joystick. The fully extended Line in FIG. 7 shows the optimal relationship between the stick force and acceleration, which is, however, subject to change as a result of changes the weight or the center of gravity of the aircraft, as indicated by the dashed lines Lines indicated.

Durch Einfügung eines nichtlinearen Gestänges zwischen den Steuerknüppel und das Leitwerk und in das Gestänge zwischen Steuerknüppel und Steuergefühlseinrichtung werden die Bedingungen gemäß F i g. 7 in der Weise geändert, wie es aus F i g. 8 ersichtlich ist, wo das nichtlineare Gestänge zwischen der Steuergefühlseinrichtung und dem Höhenleitwerk angeordnet ist, bzw. wie es in F i g. 9 dargestellt ist, wo das nichtlineare Gestänge zwischen der Steuergefühlseinrichtung und dem Steuerknüppel des Flugzeugführers eingeschaltet ist.By inserting a non-linear linkage between the control sticks and the tail unit and into the linkage between the joystick and the control feeler the conditions according to F i g. 7 changed in the manner shown in FIG. 8th it can be seen where the non-linear linkage is between the control feeler and the horizontal stabilizer is arranged, or as shown in FIG. 9 is shown where the non-linear linkage between the control feeler and the joystick of the pilot is switched on.

Unter der Voraussetzung, daß sich das Getriebe nicht ändert, wenn sich der Höhenruderwinkel bei einer Beschleunigungszunahme von 1 g ändert, ist ersichtlich, daß in dem überempfindlichkeitsbereich bei hohen Unterschallmachzahlen in einer Höhe entsprechend Normal-Null bei der Anordnung gemäß F i g. 8 größere Steuerkräfte auf den Steuerknüppel ausgeübt werden müssen, um den künstlichen Widerstand der Steuergefühlsanlage zu überwinden und den erforderlichen Höhenruderausschlag zu erhalten, als dies der Fall wäre, wenn die optimalen Verhältnisse bei einem linearen Getriebe vorliegen. Umgekehrt werden niedrigere Steuerkräfte für den Steuerknüppel erforderlich, als sie durch das Optimum gegeben sind, wenn man sich im Unterempfindlichkeitsbereich bei mäßigen überschallgeschwindigkeitsmachzahlen und großer Höhe befindet. Diese beiden Bedingungen sind in F i g. 8 strichpunktiert dargestellt.Provided that the transmission does not change, if if the elevator angle changes with an increase in acceleration of 1 g, it can be seen that in the hypersensitivity range at high subsonic Mach numbers in one Height corresponding to normal zero in the arrangement according to FIG. 8 larger steering forces must be exerted on the joystick in order to counteract the artificial resistance of the To overcome the feeling of control and the necessary elevator deflection obtained than it would if the optimal ratios were at a linear Transmission. Conversely, lower control forces are applied to the joystick required as they are given by the optimum when one is in the sub-sensitivity range at moderate supersonic speed machine numbers and high altitude. These both conditions are shown in FIG. 8 shown in phantom.

Umgekehrt würde die Wirkung des nichtlinearen Getriebes in einer Anordnung gemäß F i g. 9 zu einer Verminderung der erforderlichen Steuerknüppelkräfte unter dem Optimum in dem überempfindlichkeitsbereich und zu einer Zunahme der Kräfte in dem Unterempfindlichkeitsbereich führen, wie ebenfalls durch die strichpunktierten Linien in F i g. 9 angedeutet.The reverse would be the effect of the non-linear gear in an arrangement according to FIG. 9 to reduce the required control stick forces the optimum in the hypersensitivity area and an increase in the forces in lead to the hypersensitivity area, as also through the dash-dotted line Lines in Fig. 9 indicated.

Wenn man die Wirkungen der Veränderungen in der Steuerknüppelkraft infolge Gewichtsveränderungen oder Veränderungen der Lage des Schwerpunktes, wie sie unter Bezugnahme auf F i g. 7 beschrieben wurden, betrachtet, ergibt ihre überlagerung auf die Wirkungen eines einzelnen nichtlinearen Getriebes entweder gemäß F i g. 8 oder 9 unannehmbare Steuerknüppelkräfte wie in den strichlierten Linien in F i g. 8 und 9 angedeutet.Considering the effects of the changes in stick force as a result of changes in weight or changes in the position of the center of gravity, such as them with reference to FIG. 7, considered, results in their superposition on the effects of a single non-linear transmission either according to FIG. 8 or 9 unacceptable stick forces as in the dashed lines in F i G. 8 and 9 indicated.

Indem man den Steuerknüppel des Flugzeugführers über ein nichtlineares Getriebe mit der künstlichen Steuergefühlseinrichtung verbindet und ein anderes nichtlineares Getriebe zwischen Flugzeugführer-Steuerknüppel und Höhenruder einfügt, wie dies schematisch in F i g. 1 dargestellt ist, kompensieren sich die Wirkungen auf die Steuerkräfte, wie sie unter Bezugnahme auf F i g. 8 und 9 beschrieben sind, wenigstens teilweise, so daß die Bedingungen gemäß F i g. 7 wenigstens annähernd verwirklicht werden.By moving the pilot's stick via a non-linear Transmission connects to the artificial control feel device and another inserts a non-linear gearbox between the pilot's control stick and elevator, as shown schematically in FIG. 1, the effects cancel each other out on the control forces as described with reference to F i g. 8 and 9 are described, at least partially, so that the conditions according to FIG. 7 at least approximately be realized.

Durch diese bevorzugte Anordnung werden demgemäß die vorteilhaften Wirkungen des nichtlinearen Gestänges im Hinblick auf den Steuerknüppelweg im überempfindlichkeits- und Unterempfindlichkeitsbereich erlangt, ohne daß nachteilige Wirkungen im Hinblick auf die Steuerknüppelkräfte in Kauf genommen werden müssen.This preferred arrangement accordingly becomes the advantageous Effects of the non-linear linkage with regard to the stick travel in the hypersensitivity and sub-sensitivity range without adverse effects in view on the joystick forces have to be accepted.

Die Hauptmerkmale des nichtlinearen Gestängesystems gemäß der Erfindung sind demgemäß die folgenden: 1. die geeignete Steuerempfindlichkeit bei jeder Flugbedingung wird automatisch durch die dem Flugzeug innewohnenden aerodynamischen Charakteristiken gewählt, da das übersetzungsverhältnis der Bewegung von Steuerknüppel und Höhenruder von der Lage des Höhenruders abhängt; 2. der Mechanismus weist die einfachst mögliche Gestalt auf und weist demgemäß eine hohe Sicherheit gegen Fehler auf; 3. nichtlineare und sich ändernde Steuerknüppelkräfte für eine bestimmte Beschleunigung bei sich änderndem Beschleunigungsfaktor oder sich ändernden Flugbedingungen werden verhindert.The main features of the non-linear linkage system according to the invention are accordingly the following: 1. The appropriate control sensitivity in each flight condition is automatic by the aerodynamic characteristics inherent in the aircraft chosen because the transmission ratio of the movement of the joystick and elevator depends on the position of the elevator; 2. the mechanism has the simplest possible Shape and accordingly has a high level of security against errors; 3. non-linear and changing stick forces for a given acceleration in itself changing acceleration factor or changing flight conditions are prevented.

Claims

Claims: 1. Airplane with one of the deflections of the control stick for the elevator non-linearly translating control linkage, d a d u r c h g e -k It is noted that the transmission ratio has increased from a minimum value a maximum value rises when the joystick is out of its rearmost position is moved to its foremost position.

2. Airplane according to claim 1 with an elevator, which also serves as a height trim tab and is controlled by a stick Auxiliary force is adjusted, whereby a rudder pressure is artificially simulated on the control stick is, characterized in that the trimming of the elevator by means of the simulating device by changing the neutral position of the joystick.

3rd plane after Claim 1 and 2, characterized in that a second non-linear control linkage is arranged between the joystick and the simulator.

4. Airplane according to claims 1 to 3, characterized in that the non-linear control rods are formed by hinge quadrilaterals, each having two identical arms that are attached to the aircraft body hinged at the end points of a base and with their free ends through a handlebar are connected.

5. Airplane according to claim 4, characterized in that that the amount of non-linearity of the control linkage by changing the length the handlebar is adjusted.

6. Airplane according to claim 4 or 5, characterized in that that the input arms of the two articulated quadrilaterals are rotatably coupled to one another and are articulated to the joystick and that the output arm is one of the Articulated quadrilaterals with the simulator and the output arm of the other articulated quadrilateral is articulated to the rudder.

7. Airplane according to one of the preceding Claims, characterized in that the simulating device on the dynamic pressure appeals to. Documents considered: German Patent No. 938 765; German interpretative document No. 1028 888.