DE1196510B

DE1196510B - Airspeed controller

Info

Publication number: DE1196510B
Application number: DES63441A
Authority: DE
Inventors: Ruben Hadekel
Original assignee: Sperry Gyroscope Co Ltd
Current assignee: Sperry Gyroscope Co Ltd
Priority date: 1958-06-13
Filing date: 1959-06-12
Publication date: 1965-07-08

Description

Fluggeschwindigkeits-Steuereinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluggeschwindigkeits-Steuereinrichtung, wobei zur Erreichung und Einhaltung einer vorbestimmten Flughöhe von einer Vorrichtung zur Messung der anliegenden Flughöhe ausgegangen wird, die selbsttätig das Höhenruder in der Weise auslenkt, daß das Flugzeug auf eine gewünschte Flughöhe, z. B. auf einer konstanten Flughöhe, gehalten oder auf eine Flughöhe gebracht wird, die sich in vorbestimmter Weise ändert oder bis zu einem vorbestimmten Endwert konstant gehalten wird.Airspeed Controller The invention relates to on an airspeed control device, whereby to achieve and maintain a predetermined flight altitude from a device for measuring the applied flight altitude is assumed that the elevator automatically deflects in such a way that the Aircraft to a desired altitude, e.g. B. held at a constant altitude or is brought to an altitude which changes in a predetermined manner or is kept constant up to a predetermined end value.

Bei mit derartigen Vorrichtungen ausgerüsteten Regelanlagen kann eine Unstabilität auftreten, wenn die Fluggeschwindigkeit unter einen bestimmten kritischen Wert absinkt und der Luftwiderstand ein Minimum ist. Die Unstabilität kann z. B. die Folge davon sein, daß eine Änderung der Neigungslage des Flugzeuges sich bei hohen und bei niedrigen Geschwindigkeiten unterschiedlich auswirkt. Bei hohen Geschwindigkeiten wird durch eine Vergrößerung des Anstellwinkels ein zusätzlicher Auftrieb erzeugt, der ein Steigen des Flugzeuges hervorruft. Bei niedrigen Geschwindigkeiten wird jedoch durch eine Vergrößerung des Anstellwinkels auch der Luftwiderstand vergrößert, wodurch- die Fluggeschwindigkeit herabgesetzt und die Auftriebskraft vermindert wird.In the case of control systems equipped with such devices, a Instability occur when the airspeed falls below a certain critical The value drops and the air resistance is a minimum. The instability can e.g. B. the consequence of this being that a change in the inclination of the aircraft occurs has different effects at high and low speeds. At high speeds an additional lift is generated by increasing the angle of attack, which causes the aircraft to climb. At low speeds it will however, increasing the angle of attack also increases the air resistance, thereby reducing the airspeed and reducing the lift force will.

Um die durch derartige Unstabilitäten möglicherweise auftretenden gefährlichen Flugzustände zu vermeiden, sieht die Erfindung im Höhenruderkanal einer Flugregelanlage eine Fluggeschwindigkeitsregeleinrichtung vor, die auf die Differenz zwischen der gemessenen tatsächlichen Fluggeschwindigkeit und der vorbestimmten Fluggeschwindigkeit anspricht und während des Fluges die vorbestimmte Fluggeschwindigkeit hält, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die auf die gemessene Fluggeschwindigkeit anspricht und die Fluggeschwindigkeitsregeleinrichtung selbsttätig auslöst, sobald die gemessene Fluggeschwindigkeit mit der vorbestimmten Fluggeschwindigkeit übereinstimmt oder darunter liegt.To deal with the instabilities that may arise To avoid dangerous flight conditions, the invention sees in the elevator channel a Flight control system before an airspeed control device, which is based on the difference between the measured actual airspeed and the predetermined one Airspeed responds and during the flight the predetermined airspeed holds, a device being provided which is responsive to the measured airspeed responds and the airspeed control device triggers automatically as soon as the measured airspeed corresponds to the predetermined airspeed or below.

Es ist eine Flugregelanlage mit mehreren Betriebsweisen bekannt, wobei in der einen Betriebsweise das Flugzeug automatisch in einer konstanten Höhe gehalten wird und in der anderen Betriebsweise mit einer konstanten Fluggeschwindigkeit fliegt. Bei dieser bekannten Anlage arbeiten Höhensteuerung und Geschwindigkeitssteuerung jedoch wahlweise unabhängig voneinander, während bei der vorliegenden Anlage eine Höhenregelanlage und eine Geschwindigkeitsregelanlage zusammenwirken, wobei die Geschwindigkeitsregelanlage normalerweise unwirksam ist, wenn die Höhenregelanlage die Steuerung des Flugzeuges übernimmt. Im Gegensatz zu den bekannten Regelanlagen wird die Geschwindigkeitsregelanlage automatisch in Betrieb gesetzt, sobald die Fluggeschwindigkeit auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit oder darunter absinkt.A flight control system with several modes of operation is known, wherein in one mode of operation the aircraft is automatically held at a constant altitude and flies at a constant airspeed in the other mode of operation. In this known system, height control and speed control work but optionally independently of one another, while in the present system a Altitude control system and a cruise control system work together, with the Cruise control is normally ineffective when the altitude control system takes control of the aircraft. In contrast to the well-known control systems the cruise control system is automatically put into operation as soon as the Airspeed drops to a predetermined speed or below.

Es ist ferner eine Höhenregelanlage bekannt, bei der ein das Höhenruder steuerndes Organ durch einen Servomotor betätigt wird, der von einer barometrischen Anordnung beeinflußt wird, die bei Höhenänderungen auf Druckunterschiede anspricht. Diese Höhensteuereinrichtung berücksichtigt jedoch nicht die Fluggeschwindigkeit und kann daher auch nicht die Unstabilitäten ausschalten, die sich daraus ergeben, daß die Anstellung des Höhenruders sich auf die Steig- bzw. Sinkgeschwindigkeit des Flugzeuges im umgekehrten Sinne auswirkt.It is also known a height control system in which the elevator controlling organ is operated by a servo motor driven by a barometric Arrangement is influenced, which responds to changes in height to pressure differences. However, this altitude control device does not take into account the airspeed and therefore cannot eliminate the instabilities that result from it, that the adjustment of the elevator affects the rate of climb or descent of the aircraft has the opposite effect.

Weiterhin ist bereits vorgeschlagen worden, ein von der Geschwindigkeit der Höhenänderung abhängiges Signal als Steuerfaktor zur Verstellung des Höhenruders einzuspeisen, wobei das Signal bei Auftreten einer Längsneigungsänderung des Flugzeuges durch ein vorübergehendes Längsneigungssignal unterstützt wird. Auch diese automatische Höhensteuerung berücksichtigt nicht die für den Auftrieb wesentliche Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeuges und setzt voraus, daß die Fluggeschwindigkeit nicht unter einen vorbestimmten Wert absinkt.Furthermore, one of the speed has already been proposed the altitude change-dependent signal as a control factor for adjusting the elevator feed, the signal when a change in pitch of the aircraft occurs is supported by a temporary pitch signal. This automatic too Elevation control does not take into account the forward speed essential for lift of the aircraft and assumes that the airspeed is not below a predetermined Value drops.

Ein Ausführungsbeispiel der Fluggeschwindigkeits-Steuereinrichtung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt.One embodiment of the airspeed controller is shown schematically in the drawing.

Im Höhensteuerkanal einer Flugregelanlage ist eine Einrichtung 1 vorgesehen, die über einen Schalter 2 dem Eingang eines für die Auslenkung der Höhenruder bestimmten Servomotors 3 ein Differenzsignal zuführt, das dem Unterschied zwischen einem von einem Höhenmesser 4 erzeugten Eingangssignal und einen der vorbestimmten Höhe entsprechenden Signal entspricht. A device 1 is provided in the altitude control channel of a flight control system, which feeds a differential signal via a switch 2 to the input of a servomotor 3 intended for deflecting the elevator, which corresponds to the difference between an input signal generated by an altimeter 4 and a signal corresponding to the predetermined altitude.

Die Flugregelanlage weist außerdem eine Anordnung zur Fluggeschwindigkeitsregelung auf, worin eine auf die Geschwindigkeit ansprechende Einrichtung 11 Verstellsignale einer Welle zuführt, die über eine mechanische Kupplung die Schleifer zweier Potentiometer 5 und 6 entsprechend der Größe und dem Sinn des Verstellsignals einstellt. Zwischen dem Schleifer und einem Ende des Potentiometers 5 liegt die Erregerspule 7 eines Relais, das ein erstes und ein zweites Kontaktpaar aufweist. Bei Erregung des Relais wird eine Selbsthaltespule 8 des Relais über das erste Kontaktpaar an die Batterie 9 angeschlossen, und der Schleifer des zweiten Potentiometers 6 ist über das zweite Kontaktpaar mit dem Eingang eines Drosselklappen-Steuerstellmotors 10 verbunden. In der auf die Geschwindigkeit ansprechenden Einrichtung 11 wird eine Platte 12 parallel zu der Begrenzungswand 13 einer luftdicht abgeschlossenen Dose 14 von zwei achsparallelen zylindrischen Blechen biegsamen Materials getragen. Die zwischen der Platte 12 und der Begrenzungswand 13 liegenden zylindrischen Bleche sind gewellt und bilden zusammen mit einem Teil der Scheibe 12 und einem Teil der Begrenzungswand 13 einen hohlen Balg 15 mit kreisförmigem Querschnitt. Der statische und der dynamische Luftdruck werden über Leitungen 16, 17 von dem nicht dargestellten Staudruckmesser in das Innere der luftdicht verschlossenen Dose 14 bzw. in den Balg 15 eingeführt. Eine mit ihrer Längsachse koaxial zur Achse des Balgs 15 angeordnete Stange 18 ist mit einem Ende im Mittelpunkt der Platte 12 befestigt und gleitbar in einer von der Begrenzungswand 13 getragenen Lagerbuchse gelagert. Das der Platte 12 abgewandte Ende der Stange 18 hat eine mechanische Kupplung, so daß die Schleifer der beiden Potentiometer 5, 6 bei der Bewegung der Plattenebene sich in eine Richtung parallel zur Achse der Stange einstellen.The flight control system also has an arrangement for airspeed control, in which a device 11 responsive to the speed supplies adjustment signals to a shaft which, via a mechanical coupling, adjusts the wiper of two potentiometers 5 and 6 according to the size and meaning of the adjustment signal. The excitation coil 7 of a relay, which has a first and a second pair of contacts, is located between the wiper and one end of the potentiometer 5. When the relay is energized, a self-holding coil 8 of the relay is connected to the battery 9 via the first pair of contacts, and the wiper of the second potentiometer 6 is connected to the input of a throttle valve control motor 10 via the second pair of contacts. In the device 11 responding to the speed, a plate 12 is supported parallel to the boundary wall 13 of an airtight can 14 by two axially parallel cylindrical sheets of flexible material. The cylindrical sheets lying between the plate 12 and the boundary wall 13 are corrugated and together with part of the disk 12 and part of the boundary wall 13 form a hollow bellows 15 with a circular cross-section. The static and dynamic air pressures are introduced into the interior of the hermetically sealed can 14 or into the bellows 15 via lines 16, 17 from the dynamic pressure meter (not shown). A rod 18 arranged with its longitudinal axis coaxially to the axis of the bellows 15 is fastened with one end in the center of the plate 12 and is slidably mounted in a bearing bush carried by the boundary wall 13. The end of the rod 18 facing away from the plate 12 has a mechanical coupling so that the wipers of the two potentiometers 5, 6 adjust themselves in a direction parallel to the axis of the rod when the plane of the plate is moved.

Die der Begrenzungswand 13 gegenüberliegende Vorderwand des Gehäuses 14 trägt eine Einstelleinrichtung 19 mit einer Feder. Von der Feder wird auf die Platte 12 eine Zugkraft ausgeübt, die der Kombinationswirkung des statischen und dynamischen Druckes entspricht und die den Balg von der Rückwand 13 weg auszudehnen trachtet. Die durch die Feder auf die Scheibe ausgeübte Kraft kann durch Drehung einer Schraube 20 auf einen Wert eingestellt werden, der einer bestimmten Fluggeschwindigkeit. entspricht.The front wall of the housing 14 opposite the boundary wall 13 carries an adjusting device 19 with a spring. The spring exerts a tensile force on the plate 12 which corresponds to the combined effect of the static and dynamic pressure and which tends to expand the bellows away from the rear wall 13. The force exerted by the spring on the disk can be adjusted by turning a screw 20 to a value that corresponds to a certain airspeed. is equivalent to.

Die bei Änderung der Fluggeschwindigkeit auf die Platte 12 wirkenden Kraftunterschiede rufen eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen des Balgs 15 hervor, wobei sich die Platte 12 in einer Richtung senkrecht zu ihrer Ebene bewegt, bis die auf die Platte durch die Feder ausgeübte Kraft gleich der Druckkraft ist. Diese Änderung der Plattenlage ruft eine Bewegung der Stange 18 hervor und stellt die Schleifer der Potentiometer 5 und 6 in Stellungen ein, die der neuen Fluggeschwindigkeit entsprechen.The force differences acting on the plate 12 when the airspeed changes cause the bellows 15 to expand or contract, the plate 12 moving in a direction perpendicular to its plane until the force exerted on the plate by the spring is equal to the compressive force . This change in the position of the plate causes a movement of the rod 18 and sets the sliders of the potentiometers 5 and 6 in positions which correspond to the new airspeed.

Die Einstellung des Schleifers des Potentiometers 5 bei einer Bewegung der Stange 18, die durch Absinken der Fluggeschwindigkeit bewirkt wird, verursacht ein Ansteigen der den Enden der Erregungsspule 7 des Relais zugeführten Spannung. Diese Spannung jedoch genügt zur Erregung des Relais nur, wenn die Geschwindigkeit auf einen der Einstellung der Einstelleinrichtung 19 bestimmten Wert absinkt. Wenn die Fluggeschwindigkeit unter diesen Wert fällt und das Relais erregt wird, werden die Kontakte geschlossen, die Selbsthaltespule wird erregt und hält die Kontakte in geschlossener Stellung, wobei der Schleifer des zweiten Potentiometers 6 an den Eingang des Drosselklappen-Stellmotors 10 angeschlossen wird.The adjustment of the wiper of the potentiometer 5 in response to a movement of the rod 18 caused by a drop in airspeed causes an increase in the voltage applied to the ends of the excitation coil 7 of the relay. However, this voltage is sufficient to energize the relay only when the speed drops to a value determined by the setting of the setting device 19. When the airspeed falls below this value and the relay is energized, the contacts are closed, the self-holding coil is energized and holds the contacts in the closed position, the wiper of the second potentiometer 6 being connected to the input of the throttle valve servomotor 10.

Bei einer dem eingestellten Wert entsprechenden Fluggeschwindigkeit befindet sich der Schleifer des Potentiometers 6 in einer Stellung auf der Potentiometerwicklung, in der dem Drosselklappen-Stellmotor 10 ein Null-Eingangssignal zugeführt wird. Jede Änderung der Schleifeneinstellung, die durch Änderungen der Fluggeschwindigkeit gegenüber einer festgesetzten Fluggeschwindigkeit hervorgerufen wird, erzeugt jedoch Signale zur Betätigung des Stellmotors, wodurch die Drosselklappensteuerung automatisch in eine Richtung eingestellt und die vorbestimmte Fluggeschwindigkeit aufrechterhalten wird.At an airspeed corresponding to the set value, the wiper of the potentiometer 6 is in a position on the potentiometer winding in which a zero input signal is fed to the throttle valve servomotor 10. Any change in the loop setting that is caused by changes in airspeed from a set airspeed, however, generates signals to actuate the servomotor, whereby the throttle valve control is automatically adjusted in one direction and the predetermined airspeed is maintained.

Der vorbestimmte Wert entspricht einer Fluggeschwindigkeit, die größer ist als die kritische Fluggeschwindigkeit, und wobei der Luftwiderstand ein Minimum ist. Nimmt die Drosselklappeneinstellung bei Handverstellung einen Wert an, der die Fluggeschwindigkeit unter die kritische Fluggeschwindigkeit fallen läßt, so erfährt zur Aufrechterhaltung des vorbestimmten Wertes der Drosselklappen-Stellmotor einen automatischen Antrieb und bewegt die Drosselklappe in dem Sinne, daß die Fluggeschwindigkeit auf dem vorbestimmten Betrag bleibt. Die Kupplung zwischen dem Servosystem und der Drosselklappensteuerung gibt dem Flugzeugführer die Möglichkeit, die automatische Geschwindigkeitssteuerung zu übersteuern.The predetermined value corresponds to an airspeed that is greater is called the critical airspeed, and where the air resistance is a minimum is. If, with manual adjustment, the throttle valve setting assumes a value that drops the airspeed below the critical airspeed, so the throttle valve servomotor is used to maintain the predetermined value an automatic drive and moves the throttle valve in the sense that the airspeed remains at the predetermined amount. The coupling between the servo system and the Throttle control gives the pilot the option of automatic Override speed control.

Claims

Claims: 1. Airspeed control device to achieve and maintain a predetermined flight altitude, with a device for measuring the applied flight altitude, which automatically changes the elevator in a predetermined manner or keeps constant up to a predetermined end value, characterized in that a flight control system in the elevator channel automatic control direction (11, 5, 6, 7, 10) is provided, which responds to the difference between the measured actual airspeed and the predetermined airspeed and maintains the predetermined airspeed during the flight, and by a device (7), which on the measured airspeed responds and the control device (11, 5, 6, 7, 10) automatically triggers as soon as the measured airspeed corresponds to the predetermined airspeed or is below.

2. Airspeed control device according to claim 1, characterized in that the airspeed is measured by adjusting a plate (12) of the device (11) relative to a predetermined position, the adjustment being dependent on the behavior of the static and dynamic air pressure. 3. Airspeed control device according to claim 2, characterized in that the device (11) for measuring the airspeed has a bellows (15) which can be changed in one of its dimensions in terms of the difference between the static and dynamic air pressure. 4. Airspeed control device according to claim 3, characterized in that the bellows (15) is biased by an amount corresponding to the predetermined airspeed. 5. Airspeed control device according to claim 4, characterized in that the bias of the bellows (15) takes place by an elastic device which is between the bellows and a screw member (20) which is adjustable relative to the bellows (15) according to the predetermined airspeed is. 6. Airspeed control device according to claims 3 to 5, characterized in that the bellows (15) has a mechanical coupling which adjusts a first electrical switching element (6) when the one dimension of the bellows changes, the output of the first electrical switching element controls a servomotor (10) which acts on the setting of the throttle valve control of the aircraft engine. 7. Airspeed control device according to claim 6, characterized in that the bellows (15) mechanically sets a switching element (5) which, when a predetermined setting value is reached, actuates a switch which sets the throttle valve control servomotor (10) in motion. B. airspeed control device according to claims 6 and 7, characterized in that the mechanical coupling of the bellows (15) sets a second adjustable electrical switching element (5), the output of which actuates an electrical relay (7) as soon as the second electrical switching element is activated is in a predetermined position. Documents considered: German Patent No. 1091436; British Patent Nos. 506 066, 626 285, 683 354, 829 739. Earlier patents considered: German Patent No. 1067 310.