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Einrichtung in Flugregelanlag ,en zur Steuerung eines hydraulischen
Stellmotors Zusatz zum Patent 1061628
Die Erfindung betrifft eine weitere
Ausbildung der im Hauptpatent 1061628 beschriebenen Steuereinrichtung für
kombinierte Hand- und automatische Flugzeugsteueranlagen und dient zur Steuerung
eines hydraulischen Stellmotors.
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Die im Hauptpatent beschriebene Steuereinrichtung für kombinierte
Hand- und automatische Flugzeugsteueranlagen geht aus von einer Einrichtung, die
eine Ruderfläche über einen ersten Kanal durch Einrichtungen zur Erzeugung eines
Abweichungssignals betätigt, wobei das Abweichungssignal von einer ersten Steuergröße
abhängt, die entweder vom Ausschlag eines Handsteuers oder von einem aus einer automatischen
Steuereinrichtung empfangenen Befehlssignal sowie vom Ruderausschlag gespeist wird,
und die elAtrisch gesteuerte Einrichtungen vorsieht, die das elektrische Signal
empfangen, und dadurch den Servomotor für das Ruder entsprechend betätigen. Diese
Steuereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Kanal vorgesehen
ist, über den das Ruder durch ein Handsteuer betätigt werden kann und der einen
hydraulischen Servomotor für die Ruderbetätigung und ein hydraulisches Ventil enthält,
das durch mechanische Gestänge einerseits mit dem Handsteuer und andererseits mit
dem Ruder in der Weise verbunden ist, daß bei einer Relativverschiebung zwischen
Handsteuer und Ruder das Ventil Druckflüssigkeit in den Servomotor zur Betätigung
des Ruders eintreten läßt und daß eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, die die
Ruderbetätigung über den einen Kanal oder über den anderen Kanal ermöglicht. Ferner
ist eine elektrische Differenzbildungsstufe vorgesehen, die aus den ihr von zwei
Vorrichtungen gelieferten elektrischen Signalen eine elektrische Differenz-Regelgröße
bildet. Die eine dieser Vorrichtungen liefert ein Befehlssignal, entsprechend der
Bewegung, die einem Lastglied, z. B. einem Flugzeugruder, durch den hydraulischen
Servomotor erteilt werden soll, und die andere ein negatives Rückführungssignal,
abhängi" von der Bewegung eines Ausgangsgliedes des Servomotors. Weiterhin sieht
die Steuereinrichtung vor: eine elektrische Steuervorrichtung mit Verbindungen für
den Empfang der elektrischen Regelgröße, ein mechanisches Differenzbildungsglied,
das zwischen dem Handsteuer und dem Ausgangsglied des Servomotors eingeschaltet
ist oder wird und ein differenzbildendes Glied hat, das abhängig von der Differenz
zwischen den Auslenkungen des Handsteuers und des Ausgangsgliedes des Servomotors
verschoben wird. Die elektrische Steuervorrichtung und das mechanische Differenzbildungsglied
steuern beide Ventilv.orrichtungen, die die Zufuhr von Druckflüssigkeit aus einer
Druckquelle zum Servomotor regeln und damit Bewegungen des Ausgangsgliedes des Servomotors
in der einen oder anderen Richtung hervorrufen. Ferner ist eine Steuerumschaltvorrichtung
vorgesehen, die nach Wahl entweder das mechanische Differenzbildungsglied oder die
elektrische Differenzbildungsstufe zur Steuerung des Motors wirksam machen und die
andere unwirksam.
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Bei der im Hauptpatent beschriebenen Steueranlage sind zwei Arbeitsweisen
vorgesehen, und zwar eine elektrohydraulische und eine mechanisch-hydraulische.
Bei der elektrohydraulischen Arbeitsweise gibt es zwei Möglichkeiten zur Bildung
des elektrischen Signals, wobei in dem einen Fall eine Komponente' des elektrischen
Befehlssignals durch ein Handsteuer geliefert wird, während im anderen Fall das
elektrische Signal seine Speisung allein durch die Flugüberwachungsinstrumente erfährt.
Bei jeder dieser beiden Formen der elektrischen Steuerung wirkt dem elektrischen
Befehlssignal ein Rückführungssignal entgegen, und das Differenz- oder Abweichungssignal
wird dazu verwendet, einen Wandler zu erregen, der ein Schaltventil bewegt. Dieses
Schaltventil bewegt
sich im Inneren eines Kolbenschiebers, der dem
Schaltventil zwangläufig folgt. Dies hat zur Folge, daß der Kolbenschieber selbst
die Zufuhr der Arbeitsflüssigkeit zum hydraulischen Hauptservomotor steuert.
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Die mechanischhydraulische Arbeitsweise kann in Notfällen selbsttätig
zur Wirkung gebracht werden oder nach Belieben in Tätigkeit gesetzt werden. Für
die mechanischhydraulische Arbeitsweise dient ein gesondertes Steuerventil für den
Servomotor, das mechanisch durch das Ausgangsglied einer mechanischen Differenzbildungseinrichtung
betätigt wird, die einerseits mit dem Handsteuer und andererseits mit dem Ausgangsglied
des Servomotors verbunden ist. Um die mechanischhydraulische Arbeitsweise in Tätigkeit
zu setzen, werden durch ein Steuerumschaltventil hydraulische Verbindungen geschaltet,
so daß das mechanisch betätigbare Ventil die Flüssigkeitszufuhr zum Servomotor steuert.
Das Ausgangsglied eines Servomotors ist so angeordnet, daß es zwangläufig den Bewegungen
des Handsteuers unter der Servowirkung folgt, die sich aus der Arbeitsweise des
mechanisch betätigbaren Steuerventils unter dem Einfluß der mechanischen Differenzbildungseinrichtung
ergibt.
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Die Steuereinrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilvorrichtung zur Steuerung des Servomotors ein Steuerventil aufweist,
das durch das eine oder andere von zwei Schaltventilen gesteuert wird, von denen
das eine durch eine elektrische Differenzbildungsstufe über eine elektrische Steuervorrichtung
und das andere Schaltventil durch die mechanische Differenzbildungseinrichtung betätigt
wird, wobei die Steuerumschalteinrichtung ein Magnetventil aufweist, das so belastet
ist, daß die mechanische Differenzbildungseinrichtung und das dieser entsprechende
Schaltventil zur Steuerung des Steuerventils wirksam wird, wenn das Magnetventil
gt ist, und die elektrische Differenzbildungsnicht erreg stufe und das dieser entsprechende
Schaltventil zur Steuerung des Steuerventils wirksam wird, wenn das Magnetventil
erregt ist, Jedes Schaltventil wird durch einen Kolbenschieber gebildet, wobei die
beiden Schieber so miteinander verbunden sind, daß sie sich entsprechend bewegen
und der Schieber des der elektrischen Differenzbildungsstufe zugeordneten Schaltventils
den beweglichen Teil des Steuerventils bildet.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt
und zeigt denjenigen Teil der Steueranlage, der von der Fig. 1 des Hauptpatents
abweAt.
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Die Einrichtung weist einen nicht gezeigten Servomotor auf, der zur
Steuerung eines Flugzeugruders, z. B. eines Höhenruders, dient und hydraulisch unter
der Steuerung eines Steuerventils betätigt wird, das einen Hohlkolben
301, einen Zylinder 303 und einen Schaltventiltauchkolben
302 aufweist. Die Zufuhr der Flüssigkeit, die zum Steuerventil unter hohem
Druck erfolgt, wird in der Zeichnung durch die in das Steuerventil eintretenden
Pfeile gezeigt. Ferner isf ein Rücklaufweg niedrigen Drucks vorgesehen, der in der
Zeichnung durch die aus dem Steuerventil herausführenden Pfeile gekennzeichnet ist.
Der Schaltventilkolben ist mit einem Arm 243 eines elektrisch betriebenen Wandlers
208 verbunden.
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Bei der elektrohydraulischen Arbeitsweise wird der ,nal gesteuert,
das Wandler 208 durch ein Differenzsig durch Vergleichen in einer nicht gezeigten
elektrischen Differenzbildungsstufe eines elektrischen Signals, das der Stellung
des Ausgangsgliedes des Servomotors entspricht, entweder mit einem elektrischen
Signal, das der Stellung eines nicht gezeigten Handsteuers entspricht, oder mit
einem durch ein nicht gezeigtes Selbststeuergerät gelieferten Signal erhalten wird.
Das dem Wandler 208 zugeführte Differenzsignal hat zur Folge, daß der Arm
243 den Tauchkolben 302 bewegt. Durch diese Bewegung des Tauchkolbens
302
wird die Flüssigkeitsströmung so gesteuert, daß der Hohlkolben
301 dieser Bewegung folgt. Durch die Bewegung des Hohlkoibens 301
werden öffnungen im Zylinder 303 freigegeben, wodurch die Flüssigkeitsströmung
durch die Leitungen 304 und 305 gesteuert wird, die mit dem Servomotor verbunden
sind. Wenn der Tauchkolben 302 aus der in der Zeichnung gezeigten Stellung
nach links bewegt wird, wird die Leitung 304 mit der unter hohem Druck stehenden
Flüssigkeit und die Leitung 305 mit der Niederdruckrücklaufleitung verbunden.
Wenn der Hohlkolben 301 aus der in der Zeichnung gezeigten Stellung nach
rechts bewegt wird, tritt eine Umkehr der Strömungsrichtung in den Leitungen 304
und 305 ein. Bewegt sich demnach der Schaltventiltauchkolben 302 unter
der Wirkung eines Differenzsignals, das dem Wandler 208 zugeführt wird, so
hat diese Bewegung eine Bewegung des Hohlkolbens 301 zur Folge und verursacht
durch seine hydraulische Verbindung mit dem Servomotor eine Bewegung desselben.
Diese Bewegung des Servomotors bewirkt außer der Betätigung des Flugzeugruders auch
eine Veränderung des der elektrischen Differenzbildungsstufe zugeführten Si-"nals
und verändert damit das dem Wandler 208 zugeführte Differenzsignal.
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Bei der mechanisch-hydraulischen Arbeitsweise ist der Hohlkolben
301 durch einen in seiner Mitte schwenkbar gelagerten Hebel 306 mit
dem Hohlkolben 307 eines weiteren Schaltventils verbunden. Dieses Schaltventil
weist einen Tauchkolben 308 und einen Zylinder 309 auf. Der Tauchkolben
308 ist gelenkig mit der Mitte eines Hebels 310 verbunden, der zusammen
mit den Gliedern 282 und 281 eine mechanische Differenzbildungseinrichtung
darstellt. Das Glied 281 ist mit dem Ausgangsglied des Servomotors und das
Glied 282 mit dem Handsteuer verbunden. Die Stellung des Tauchkolbens
308 wird durch die Differenz der Stellung zwischen den Gliedern
282 und 281 bestimmt, Diese Differenz bewirkt, daß der Tauchkolben
308 sich im Hohlkolben 307 bewegt, wodurch die Flüssigkeitsströmung
in den hydraulischen Verbindungen zum Steuerventil so gesteuert wird, daß der Hohlkolben
301 des Steuerventils eine ähnliche Bewegung ausführt. über den Hebel
306
folgt der Hohlkolben 307 der Bewegung des Tauchkolbens
308 und gewährleistet daher, daß der Hohlkolben 301 des Steuerventils
sich in eine entsprechende Stellung bewegt. Eine Bewegung des Kolbens
301 setzt demnach den Servomotor in Tätigkeit, so daß das Glied
281 so bewegt wird, daß der Tauchkolben 308 in seine Nullstellung
zurückgeführt wird.
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Es besteht die Möglichkeit für zwei Arbeitsweisen, wobei lediglich
zu entscheiden ist, welches Schaltventil die Anlage steuern soll. Für diesen Zweck
ist das Steuerumschaltventil in Form eines Magnetventils 311 vorgesehen.
Das Ventil 311 weist einen Kolben 312, eine Feder 313 und eine
Magnetspule 314 auf. Wenn die Magnetspule nciht erregt ist, zeigt der Kolben
31.2
durch eine Feder 313 die in der Zeichnung dargestellte Stellung an. In dieser
Stellung steht das der mechanischen Differenzbildungseinrichtung zugeordnete Schaltventil
unter der Steuerung des Hohlkolbens 301, so daß für die Anlage die mechanischhydraulische
Arbeitsweise wirksam ist. Wenn die Magnetspule 314 erregt ist, bewegt sich der Kolben
312 gegen die Kraft der Feder 313 nach rechts, so daß die Verbindung
zwischen dem Hohlkolben 301
und dem der mechanischen Differenzbildungseinrichtung
zugeordneten Schaltventil unterbrochen wird und eine hydraulische Verbindung zwischen
dem Hohlkolben 301 und dem dem Wandler 208 zugeordneten Schaltventil
hergestellt wird. In dieser letzteren Stellung arbeitet die Anlage in der elektrohydraulischen
Arbeitsweise. Diese Arbeitsweise ermöglicht nach Wahl des Piloten die Steuerung
durch das Handsteuer oder wechselweise durch ein Selbststeuergerät.
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Wenn die Vorrichtung aus dem einen oder anderen Grund bei der elektrohydraulischen
Arbeitsweise versagt, wird der Strom zur Magnetspule 314 unterbrochen, so daß die
Feder 313 den Kolben 312 in die in der Zeichnung gezeigte Stellung
bringt und damit die Anlage selbsttätig auf die hydraulischmechanische Arbeitsweise
umgeschaltet wird. Diese Umschaltung kann natürlich durch den Piloten nach Belieben
herbeigeführt werden.
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Um einem Umschaltstoß im Flugzeug während der Umschaltung von der
elektrohydraulischen auf die mechanisch-hydraulische Arbeitsweise zu verhindern,
ist der Kolben 301 des Steuerventils so ausgebildet, daß er langsam auf das
mechanisch betätigte Schaltventil anspricht. Dieses verzögerte Ansprechen gewährleistet
einen weichen Übergang der Steuerung beim Umschalten auf die mechanisch-hydraulische
Arbeitsweise.
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Wenn gewünscht, kann das Magnetventil 311 so gestaltet werden,
daß es langsam umschaltet. Eine bekannte Einrichtung weist ein Umschaltventil auf,
bei dem sich der Kolben während einer ersten Stufe rasch bewegt, um die durch ein
elektrisch betätigtes Schaltventil ausgeübte Steuerung abzuschalten, und während
einer zweiten Stufe langsam bewegt, um allmählich die Steuerung durch das mechanisch
betätigte Ventil herbeizuführen.