-
Austrimmvorrichtung für Luftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf
eine Austrimmvorrichtung für Luftfahrzeuge und bezweckt die Schaffung einer Sicherheitseinrichtung
zum teilweisen Kompensieren von Störungen, die im elektrischen Steuerkanal der Austrimmvorrichtung
einer manuell und automatisch wirkenden Flugzeugsteuerung auftreten.
-
Aufgabe der Trimmung ist die Herstellung des statischen Gleichgewichtes
des Flugzeuges um seine Drehbewegungsachsen. Die Trimmung wird bekanntlich durch
geeignete Anstellung von Trimmrudern bewirkt, die an den Hauptruderflächen, nämlich
dem Höhenruder, dem Seitenruder und den Querrudern, schwenkbar angelenkt sind.
-
Die Austrimmvorrichtung geht aus von einer Flugzeugsteueranlage, bei
der das Trimmruder durch einen umsteuerbaren Elektromotor langsam in eine Stellung
bewegt wird, die der Stellung seiner Ruderfläche entspricht und bei der die Verstellung
des Trimmruders von der Nullstellung im wesentlichen proportional der Verstellung
der Ruderfläche von der Nullstellung ist, wobei der Elektromotor durch ein elektrisches
Steuersignal gesteuert wird, das in Größe und Drehsinn abhängig ist von der Abweichung
zwischen dem Trimmruder und der Ruderfläche, und kennzeichnet sich erfindungsgemäß
dadurch, daß ein zweiter als Sicherheitsvorrichtung dienender umsteuerbarer Elektromotor
das Trimmruder zusätzlich dem Einfluß des Steuersignals unterwirft, so daß in Abhängigkeit
von einem Steuersignal beide Motoren das Trimmruder in die gleiche Richtung bewegen.
-
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und im Zusammenhang
mit einer bekannten Flugregelanlage erläutert.
-
Die in der Zeichnung dargestellte Steuereinrichtung zeigt ein Handsteuer
201 zum Bewegen eines Höhenruders 202 über eine Handsteueranlage mit Kraftantrieb.
Bei automatischem Betrieb der Steueranlage kann das Höhenruder 202 unter der Wirkung
der von einer selbsttätigen Steuereinrichtung 205 empfangenen Signale betätigt werden,
um das Flugzeug in einem festgesetzten Flugzustand zu halten.
-
Die Potentiometer 206 und 207 sind dem Handsteuer 201 bzw. dem Höhenruder
202 zugeordnet, um über die Leitungen 215 und 217 von den Ausschlägen des Handsteuers
bzw. des Höhenruders aus der Nulllage heraus abhängige Signale zu erzeugen. Diese
Signale werden in einer Vergleichsstufe 218 vereinigt, und der Differenzbetrag
kann einem den Ausschlag des Höhenruders 202 bewirkenden Servomotor 210 oder einer
Austrimmeinrichtung zugeführt werden, je nachdem, ob der Schalter 233 eine Verbindung
zwischen einem ersten Kontaktpaar 231 oder einem zweiten Kontaktpaar 230 herstellt.
Falls eine Kontaktverbindung zwischen den Kontakten 230 hergestellt wird, schließt
ein zweiter Schalter 234 ein drittes Kontaktpaar 232, wodurch die Ausgangssignale
des Steuergerätes 205 dem Servomotor 210 zugeführt werden.
-
Bei einer Handsteuerbetätigung mit Kraftantrieb wird der Schalter
233 betätigt und schließt die Kontakte 231, während die Kontakte 232 offen sind.
In diesem Betriebszustand wird die durch den Ausschlag des Handsteuers verursachte
Differenz zwischen den beiden erzeugten Signalen über den Servomotor 210 zum Ausschlag
des Höhenruders 202 ausgenutzt, bis das Rückmeldesignal des Potentiometers 207 das
den Ausschlag des Handsteuers 201 entsprechende Signal ausgleicht. Das Höhenruder
202 folgt demnach den vom Flugzeugführer vorgenommenen Ausschlägen des Handsteuers
201.
-
Bei Verwendung der automatischen Steuereinrichtung verbindet der Schalter
233 die Kontakte 230, führt dabei der Austrimmvorrichtung die Differenz der beiden
erzeugten Signale zu. Jeder durch die automatische Steuereinrichtung 205 verursachte
Ausschlag des Höhemiuders 202 bewirkt, daß das am Ausgang der Vergleichsstufe 21$
für die Trimmverstellung auftretende Differenzsignal an eine Einrichtung zur Herstellung
eines künstlichen Steuerreaktionsdruckes auf das Handsteuer 201 abgegeben wird.
-
Das bei 204 schwenkbar gelagerte Handsteuer 201 wird normalerweise
durch eine Einrichtung 216 zur Herstellung eines Steuerreaktionsdruckes in der Mittelstellung
gehalten,
die aus einem Federgehäuse 216b besteht, in dem ein Kolben 216a verschiebbar ist.
-
Der Kolben 216 a ist mit dem Handsteuer 201 verbunden und wird normalerweise
in dem Federgehäuse durch Federn in der Mittelstellung gehalten, so daß die Nullage
des Steuerknüppels durch die Lage des Federgehäuses bestimmt wird. Jeder Ausschlag
des Handsteuers aus der Nullage wirkt gegen die Federn, und der Flugzeugführer kann
auf diese Weise fühlen, ob das Ruder wirksam ist oder nicht. Die Nullage kann durch
eine Austrimmvorrichtung verstellt werden, die zwei mit dem Federgehäuse verbundene
umsteuerbare Motoren 221 und 222 aufweist. Jedem Motor wird über einen Verstärker
223 bzw. 224 das am Ausgang der Vergleichsstufe 218 entstehende Differenzsignal
zugeführt.
-
Damit erhält die Austrimmvorrichtung zwei parallele Kanäle, von denen
jeder einen Verstärker und einen Motor aufweist. Die Austrimmvorrichtung kommt zum
Einsatz, wenn der Schalter 233 die Kontakte 230 bei automatischem Betrieb schließt,
wodurch die Lage des Federgehäuses 216b um ein Maß verstellt wird, das der Differenz
zwischen den beiden jeweils erzeugten Signalen, die sich aus der Lageänderung des
Handsteuers und des Höhenruders ergeben, entspricht. Die Motoren arbeiten so träge,
daß sie bei einem durch einen kurzzeitigen Ausschlag des Höhenruders 202 verursachten
Differenzsignal keine wesentliche Trimmverstellung bewirken. Die beiden Steuerkanäle
sind dagegen derart ausgebildet, daß sie bereits bei einem kleinen Eingangssignal
voll erregt sind.
-
Auf diese Weise wird bei Benutzung der automatischen Steuereinrichtung
das Federgehäuse 216b in eine Lage gebracht, die der Mittel- oder Nullstellung des
Höhenruders 202 entspricht. Sollte irgendeine Gewichtsverlagerung die Trimmlage
des Flugzeuges bei Verwendung der automatischen Steuereinrichtung in der Längsneigung
verändern, überträgt die Steuereinrichtung 205 einen konstanten Ausschlag zur Kompensation
des Höhenruders 202. Dadurch wird die Mittelstellung des Federgehäuses 216b entsprechend
verändert, wobei die Nullage des Handsteuers 201 ebenfalls verstellt wird.
-
Wenn die Handsteuereinrichtung mit Kraftantrieb wieder aufgenommen
wird, befindet sich das Handsteuer 20l in einer der mittleren Ausschlagstellung
(bei automatischem Betrieb) des Höhenruders 20'2 entsprechenden Stellung, und das
Flugzeug erfährt keine plötzliche Bewegung. Wenn bei Benutzung der Handsteuereinrichtung
mit Kraftantrieb eine Veränderung der Trimmstellung des Flugzeuges in der Neigungslage
auftritt, muß der Flugzeugführer das Handsteuer zur Kompensation betätigen, so daß
der Kolben 216a innerhalb des Federgehäuses 216b gegen die Federn wirkt, wobei er
einen ständigen Druck auf das Handsteuer fühlt. Er kann jedoch die Trimmlage der
Einrichtung zur Herstellung des Steuerreaktionsdruckes durch Schließen des Schalters
235 verstellen, um die Motoren 221 und 222 in Betrieb zu setzen, bis er fühlt, daß
die Nullstellung des Handsteuers erreicht ist, so daß diese mit der gewünschten
Lage zur Austrimmung des Flugzeuges in der Neigungslage übereinstimmt.
-
Wenn nur ein einziger elektrischer Steuerkanal für die Austrimmeinrichtung
vorhanden wäre, der z. B. nur den Motor 221 und den Verstärker 223 enthält, so würde
beim Auftreten einer Störung in diesem Steuerkanal das Federgehäuse 216 b
heftig in eine Richtung gedrückt werden und eine Verstellung des Handsteuers 201
in die entsprechende Extremlage verursachen. Wenn nach Verwendung der automatischen
Steuereinrichtung die Handsteuereinrichtung mit Kraftantrieb wieder einsetzt, würde
in diesem Fall ein großes Differenzsignal auftreten, wodurch das Höhenruder 202
plötzlich auszuschlagen sucht und gefährliche Flugzustände zur Folge haben könnte.
Wenn in diesem Fall die Handsteuereinrichtung mit Kraftantrieb eingeschaltet ist,
müßte der Flugzeugführer mit großer Kraftanstrengung danach trachten, das Handsteuer
201 aus der ausgetrimmten Stellung zu nehmen.
-
Durch die Benutzung des parallel liegenden elektrischen Steuerkanals
mit dem Motor 222 und dem Verstärker 224 wird jedoch beim Auftreten einer Störung
in einem Kanal, die sich auf die Einrichtung zur Erzeugung des künstlichen Steuerreaktionsdruckes
heftig auswirkt, der andere Kanal voll erregt werden, bevor der daraus folgende
im Ausgang der Vergleichsstufe 218 erscheinende Fehler sehr groß wird, und dieser
Kanal wird in Gegenwirkung zu dem gestörten Kanal arbeiten und die Einrichtung zur
Erzeugung des Steuerreaktionsdruckes in einer nur wenig aus der Trimmstellung abweichenden
Lage halten.
-
Während die Einrichtung zur Erzeugung des Steuerreaktionsdruckes in
einer derart begrenzten, nicht ausgetrimmten Lage gehalten wird, veranlaßt, wenn
ein Wechsel zu dem Handbetrieb mit Kraftantrieb erfolgt, die nicht ausgetrimmte
Stellung einen Ausschlag des Höhenruders 202. Dieser Höhenruderausschlag bewegt
sich jedoch nur um einen begrenzten Winkelbereich, so daß die resultierende Bewegung
des Flugzeuges nicht zu heftig wird und durch den Flugzeugführer ausgeglichen werden
kann. Die durch die nicht ausgetrimmte Lage verursachte konstante Belastung, die
sich auf das Handsteuer 201 auswirkt, wird ebenfalls auf einen Steuerdruck beschränkt,
der vom Flugzeugführer überwunden werden kann.
-
Bei einer anderen Ausführungsform wird an Stelle der Austrimmung der
den künstlichen Steuerreaktionsdruck erzeugenden Vorrichtung auf eine Mittelstellung
des Höhenruders beim Einsatz der automatischen Steuereinrichtung ein Trimmruder
durch die Motoren 221 und 222 automatisch angetrieben, so daß die Mittelstellung
des Höhenruders automatisch der Stellung des Handssteuers entspricht. Bei dieser
Anordnung wirkt die Parallelschaltung der beiden Steuerkanäle in der gleichen Weise.
Wäre bei dieser Ausführungsform nur ein einziger Steuerkanal vorhanden und träte
darin eine Störung auf, die ein plötzliches Ausschlagen des Trimmruders in die Extremlage
zur Folge hätte, dann würde die gleiche Gefahr eines plötzlichen Ausschlages des
Höhenruders beim Umschalten auf Hand-Kraft-Betrieb auftreten. Durch die Anwendung
eines doppelten Steuerkanals wird auch in diesem Fall der gefährliche Höhenruderausschlag
begrenzt.