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Regelvorrichtung für ein mehrteiliges Flugzeug-Steuerruder Die Erfindung
bezieht sich auf eine Flugzeug-Steuervorrichtung, bei welcher ein Ruder zur Steuerung
des Flugzeuges um eine seiner Hauptachsen aus mehreren voneinander unabhängig schwenkbaren
Ruderflächen besteht, die gemeinsam ein einziges resultierendes Steuerdrehmoment
auf das Flugzeug um die betreffende Hauptachse erzeugen. Steuervorrichtungen, bei
denen die Winkelverstellung verschiedener Ruderflächenabschnitte durch Handsteuereinrichtungen
bewirkt wird, sind bekannt. Ferner ist eine automatische Flugzeugsteuerung bekannt,
bei der die Ruderfläche aus einem oder mehreren Teilen besteht, die nicht unabhängig
voneinander beweglich sind.
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Ziel der Erfindung ist es, eine wirtschaftliche Einrichtung zur automatischen
Steuerung eines Ruders zu schaffen, das aus mehreren unabhängig voneinander beweglichen
Abschnitten besteht.
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Die Erfindung geht aus von einer mehrteiligen Steuerruderlläche, deren
unabhängig voneinander bewegliche Teilflächen mit je einem Hauptantrieb versehen
sind, wodurch die betreffenden Teilflächen in Abhängigkeit von einem seiner Regeleinrichtung
zugeführten Eingangssignal bewegt werden, und kennzeichnet sich erfindungsgemäß:
durch einen Hilfsantrieb, der bei automatischem Betrieb selbsttätig ein von den
Befehlssignalen der Flugregelanlage abhängiges Eingangssignal der Regeleinrichtung
nur eines einzigen Hauptantriebes zuführt, sowie durch eine vom Ausgang dieses einen
Hauptantriebes ausgehende Verbindung, die bei automatischem Betrieb das diesem Hauptantrieb
entsprechende Eingangssignal auch den Regeleinrichtungen der anderen Hauptantriebe
zuführt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Handsteuer vorgesehen,
das bei manuellem Betrieb allen Hauptantrieben Eingangssignale liefert.
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Bei automatischem Betrieb wäre es natürlich einfacher, eine Instrumentensteuerung
für nur einen Abschnitt des Ruders vorzusehen; als alle Abschnitte direkt von den
Instrumentensignalen steuern zu lassen. Die vom Ausgang eines einzigen Hauptantriebs
ausgehende Verbindung bewirkt jedoch, daß eine Einzelabschnittsteuerung ausreicht,
da die durch das Steuersignal hervorgerufene Bewegung des einen Hauptantriebs auch
eine entsprechende Bewegung aller anderen Teile des Ruders zur Folge hat.
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Der Regeleinrichtung eines jeden Antriebs wird vom Ausgang eines mechanischen
Differentials ein mechanisches Verstellsignal zugeführt, und die Eingänge des mechanischen
Differentials sind mit dem Handsteuer bzw. dem Ausgang des zugeordneten Hauptantriebs
verbunden.
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Das der Regeleinrichtung jedes Hauptantriebs zugeordnete mechanische
Differential ist ein Differentialhebel. Eine Verriegelungseinrichtung verriegelt
bei automatischem Betrieb den als Anlenkpunkt ausgebildeten Ausgang des Differentialhebels
in einer vorbestimmten Stellung; der Differentialhebel ist in verriegelter Stellung
um den Anlenkpunkt schwenkbar.
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Die Verriegelungseinrichtung ist so ausgebildet, daß sie beim überschreiten
einer bestimmten Kraft ausgeklinkt wird. Der Regeleinrichtung wenigstens eines Antriebs
werden zweckmäßigerweise mechanische Verstellsignale vorn Ausgang eines mechanischen
Differentials über ein eine Federanordnung aufweisendes Übertragungssystem zugeführt,
um eine Verstellung des Ausgangs des- mechanischen Differentials zu ermöglichen,
wenn der von der Regeleinrichtung herrührende Widerstand gegenüber dem Verstellsignal
einen vorbestimmten Wert überschreitet, ohne daß der Regeleinrichtung des Antriebs
ein entsprechendes Verstellsignal zugeführt wird. Wenn der Hauptantrieb z. B. ein
hydraulischer Antrieb mit einer Steuereinrichtung mit einem Ventil ist, dessen Relativstellungen
die Strömung. des hydraulischen Mittels
nach und von dem Antrieb
bestimmen, kann die Feder dazu dienen, eine Ausgangsverstellung des mechanischen
Differentials zu bewirken, ohne daß eine relative Bewegung der Teile des Ventils
erforderlich wäre, wenn z. B. Teile des Ventils festfressen.
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Ein Ausführungsbeispiel mit Anwendung auf die Höhensteuerung eines
Flugzeuges ist in der Zeichnung dargestellt; darin zeigt Fig. 1 eine schaubildliche
Darstellung der Einrichtung, Fig. 2 eine Ansicht einer Hebelübertragung, die in
der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung benutzt wird. Die Ruderfläche besteht aus
mehreren unabhängig voneinander beweglichen Teilen 11, 12 usw., von denen jeder
durch einen eigenen hydraulischen Antrieb 13, 14 usw. angestellt wird.
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Die Einrichtung sieht einen Einsatz für zwei Betriebsarten vor, und
zwar für einen kraftunterstützten Handbetrieb und ein Zusammenwirken mit der automatischen
Flugzeugsteuerung. Bei kraftunterstütztem Handbetrieb werden die Ventile
15, 16 usw. der verschiedenen Antriebe alle in Abhängigkeit von dem Ausschlag
eines einzigen Handsteuers 17 über je einen von mehreren Differentialhebeln 18,19
usw. bewegt, von denen je einer für jeden Antrieb und somit für jeden Teil des Ruders
vorgesehen ist.
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Bei automatischem Betrieb betätigen Einrichtungen der automatischen
Flugzeugsteuerung 21 das Ventil 16 nur eines Antriebs 14 über einen Hilfsantrieb
22, um den entsprechenden Teil 12 des Ruders gemäß den Signalen der Flugregelanlage
anzustellen; eine mechanische Rückführung-vom Ruder über den Differentialhebel
19 bewegt das Handsteuer 17 in die der Lage des Ruderteiles entsprechende
Lage. Wenn das Handsteuer einmal bewegt wird, bewegt es auch die anderen Teile 11
usw. des Ruders in der gleichen Weise wie bei kraftunterstütztem Handbetrieb.
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Im folgenden wird der Regelmechanismus eines Ruderflächenteils beschrieben.
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Der Steuerhebel, z. B. 18, ist mit einem Eingangsende über
eine gemeinsame Betätigungsstange 25 mit dem Handsteuer 17 gekuppelt, das mit der
üblichen Einrichtung 26 zur Erzeugung eines künstlichen Steuergefühls ausgestattet
ist, und ist mit dem anderen Eingangsende über eine Rückführungsstange 27 mit dem
betreffenden Abschnitt 11 des Ruders verbunden. Der dazwischenliegende Ausgang des
Differentialhebels ist über einen Hebel 28 mit dem Steuerventil 15 des hydraulischen
Antriebs 13 verbunden, dessen Ausgang über Gestänge, z. B. 29, mit dem entsprechenden
Abschnitt 11 des Ruders in Verbindung steht. Der sich von dem dazwischenliegenden
Punkt des Differentialhebels 18 nach dem Steuerventil 15 erstreckende Hebel 28 weist
ein Federgehäuse 31 auf, durch das seine Länge verändert werden kann, so daß sogar,
wenn das Antriebssteuerventil für jenen Teil des Ruders festfrißt, der Differentialhebel
durch das Handsteuer 17 bewegt werden kann. Auf diese Weise können die anderen Teile
des Ruders trotz Festfressens des einen Antriebssteuerventils bewegt werden.
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Der in Abhängigkeit von Signalen der automatischen Flugzeugsteuerung
21 betätigten Teilruderfläche 12 wird der Eingang des Steuerventils 16 des Antriebs
14 durch einen Hilfsdifferentialhebel 33 zugeführt. Vom Hilfsdifferentialhebel 33
sind die beiden Eingänge mit dem Ausgang des ersten Differential-Nebels 19 über
das Federgehäuse 31 bzw. dem Ausgang des durch die automatische Flugzeug-Steuereinrichtung
gesteuerten Hilfsantriebes 22 verbunden. Der Ausgang des Hilfsdifferentialhebels
33 steht mit dem Steuerventil 16 in Verbindung.
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Der Ausgangspunkt des ersten Differentialhebels 19 in diesem Teil
der Einrichtung ist gelenkig auf einem Gleitstück 35' befestigt, das bei automatischem
Betrieb in einer vorbestimmten Stellung durch einen Ansatz 35 auf dem Gleitstück
35' blockiert werden kann. Der Ansatz 35 wirkt mit einer V-förmigen Kerbe 36 auf
der Klinke 37 zusammen, die an einem flugzeugfesten Punkt 38 angelenkt ist. Bei
automatischer Flugzeugsteuerung wird die Klinke um ihren Bolzen durch einen Antrieb
39 bewegt, um die V-förmige Kerbe 36 mit dem Ansatz 35 auf dem Gleitstück 35' in
Verbindung zu bringen und eine seitliche Bewegung des Gleitstückes und somit auch
des Ausgangsdrehpunktes des Differentialhebels zu verhindern. Auf diese Weise wird
das Handsteuer außer Stand gesetzt, auf den Eingang des Ventils 16 einzuwirken.
Wenn jedoch die Kraft, die den Ansatz seitlich zu verschieben trachtet, groß genug
ist, kann sie die Verriegelung durch Druck gegen die geneigte Kerbe der V-Kerbe
36 zur Anhebung der Klinke aufheben, und der Betrieb wird dann auf eine kraftunterstützte
Handbetätigung umgeschaltet. Dabei wird durch die Bewegung der Klinke 37 ein Schalter
41 geschlossen, der die automatische Flugzeug-Steuereinrichtung zur Steuerung des
Hilfsantriebs 22 abschaltet, so daß das obere Ende des Hilfsdifferentialhebels 33
festgelegt wird.
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Bei der automatischen Betriebsweise empfängt die Flugregelanlage 21
eine elektrische Rückführung, die den Ausgang des Antriebs 14 darstellt, und zwar
von dem auf der Ausgangswelle angeordneten Potentiometer 42 über einen Schalter
43, der bei kraftbetätigtem Handbetrieb offen ist.
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Bei kraftunterstütztem Handbetrieb arbeiten alle parallelen Steuereinrichtungen
in gleicher Weise zur Steuerung der entsprechenden Teile des Ruders. Bei Bewegung
des Handsteuers drehen sich alle Differentialhebel 18,19 usw. zur Bewegung der Steuerventile
der verschiedenen hydraulischen Antriebe und stellen die verschiedenen Teile des
Ruders an. Eine mechanische Rückführung ist über das andere Ende der Stäbe 27 zur
Rückführung der Steuerventile in ihre Nullstellungen vorgesehen. Sollte sich eines
der Steuerventile festfressen, kann der diesem Ventil zugeordneteDifferentialhebel
durchZusammendrückung des Federgehäuses 31 bewegt werden, so daß der Betrieb der
anderen Differentialhebel nicht behindert wird. Wenn andererseits ein Antrieb festfrißt,
wird zwar von diesemAntrieb keine Rückführung erfolgen, der Betrieb der anderen
Teile des Gerätes ist aber weiterhin gewährleistet. Obwohl das Flugzeug dadurch
nur über die verbleibenden Teilruderflächen gesteuert werden kann, bleibt auf diese
Weise eine ausreichende Stabilisierung.
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Bei dieser zuletzt erwähnten Betriebsart kann eine begrenzte Selbststabilisierung
durch Benutzung des einen Teiles des Ruders erreicht werden; wobei die automatische
Flugzeugsteuerung im Betrieb verbleibt, aber der Ausgangspunkt des Hebels 19 entriegelt
wird.
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Bei automatischem Betrieb genügt es, mit der Flugregelanlage 21 nur
die Ruder-Regeleinrichtung einer einzigen Teihuderfläche zu steuern, weil die durch
den Differentialhebel 19 in diesem Teil bei
Blockierung des
Ausgangspunktes erzeugte Rückführung das Handsteuer 17 in eine der Lage des Ruderteiles
12 entsprechende Lage bewegt wird und diese Bewegung des Handsteuers die erforderliche
Bewegung der anderen Teile 11 usw. des Ruders in der in Verbindung mit kraftunterstütztem
Handbetrieb beschriebenen Betriebsweise bewirkt.
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Im folgenden wird in Verbindung mit Fig. 2 eine Ausbildungsform des
Differentialhebels beschrieben. Die Hebeleinrichtung besteht aus einem Differentialhebel
18 usw., einem Hilfshebel 46 und einem Fehlerhebel 47, die im allgemeinen in einer
Linie hintereinander angeordnet sind. Die Hebel 46 und 47 bilden den Federgehäusehebe128,
der schaubildlich in Fig. 1 dargestellt ist.
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Der Differentialhebel 18 ist mit seinem einen Ende mit dem Stab 25
des Handsteuers und mit seinem anderen Ende mit dem Rückführungsstab 27 verbunden,
der mit dem Kolben des Antriebs in Verbindung steht. Das Gehäuse 51 des Antriebs
ist an einem Ende über ein Kardangelenk 52 am Flugzeug befestigt, während der Kolben
beweglich und bei 53 an dem mit dem Ruder verbundenen Hebel angelenkt ist. Der Rückführungsstab
27 ist bei 54 drehbar an dem Teil der Kolbenstange angelenkt und erstreckt
sich von dem Gehäuse nach hinten nach dem Kardangelenk 52 zu, wobei der Anlenkungspunkt
durch einen Schlitz 55, der in der Verbindung 56 zwischen dem Gehäuse und dem Kardangelenk
liegt, zugänglich ist.
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Der Hilfshebel 46 ist an einem Ende an dem Drehbolzen zwischen Rückführungsstange
27 und Differentialhebel 18 angelenkt, während er an dem anderen Ende ungefähr im
Mittelpunkt des Differentialhebels angeordnet und mit zwei entgegengesetzt gerichteten
Flanken oder Ohren 57 ausgestattet ist. In den Ohren 57 ist ein -kreisbogenförmiger
Schlitz 58 untergebracht, dessen Mittelpunkt in dem oberen Drehbolzen liegt und
der sich ungefähr über 10° auf beiden Seiten der Mittellinie der Hebel erstreckt.
Ein in dem Differentialhebel befestigter Stift 59 läuft in diesem kreisbogenförmigen
Schlitz, so daß eine relative Drehung zwischen dem Differentialhebel 18 und
dem Hilfshebel 46 um den Drehbolzen des Rückführungsstabes 27 ermöglicht wird.
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Diese Bewegung wird jedoch durch zwei starre Auslegeblattfedern 61
gehemmt, von denen je eine auf je einer Seite des Differentialhebels an dem Ende
angeordnet ist, an dem er mit der Rückführungsstange verbunden ist. Die Federn haben
Druckstücke, die sowohl gegen den Differentialhebel als auch gegen den Hilfshebel
in dem Sinne einwirken, daß die Federn auf einem Punkt zusammengehalten werden,
der ein wenig weiter von dem Drehbolzen des Rückführungshebels entfernt liegt als
der Stift 59 und der Kreisschlitz 58.
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Der Fehlerhebel 47 ist drehbar am Hilfshebel 46 an dem Punkt angelenkt,
an welchem die Federn wirken; und erstreckt sich nach hinten auf den Drehbolzen
der Rückführungsstange zu, wo er mit dem Dreheingang 62 des Steuerventils 15 für
den Antrieb 13 verbunden ist.
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Diese Einrichtung arbeitet wie ein üblicher Differentialhebel, aber
die Verbindung zum Steuerventil weist eine Federeinrichtung auf, die eine seitliche
Bewegung des Mittelpunktes des Differentialhebels, d. h. des Stiftes 59 in seinem
kreisbogenförmigen Schlitz, ermöglicht. Der Mittelpunkt des Differentialhebels kann
durch den Ansatz 35 verriegelt werden, der koaxial zu dem Drehbolzen zwischen Hilfshebel
46 und Fehlerhebel 47 angeordnet ist und mit der V-förmigen Kerbe der Klinke 37
zusammenwirkt. Die zur Auflösung dieser Verriegelung erforderliche Belastung kann
achtmal größer sein als die zur Überwindung der Federn 61 erforderliche Kraft.
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Die Einrichtung könnte in der Weise abgeändert werden, daß eine direkte
Handsteuerung möglich ist, indem man einen Anlegepunkt des Hebels 29, vorzugsweise
den Mittelpunkt, freigibt und den Mittelpunkt des Differentialhebels 18 in jedem
Kanal dauernd blockiert.
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Die Federgehäuseverbindung 31 für den toten Gang in dem durch
die Flugregelanlage 21 gesteuerten Kanal ist in einer Anordnung zwischen dem Ausgang
des Differentialhebels 19 und des Steuerventils 16 des Hauptantriebs 14 dargestellt.