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Flugregelanlage für lotrecht startende und landende Luftfahrzeuge
Die ErlIndung betrifft eine Flugregelanlage für lotrecht startende und landende
Luftfahrzeuge, die mit einem oder mehreren Hubtriebwerken ausgerüstet, sind und
die einen Übergang zum aerodynamischen Flug vorsehen.
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Es -ist bereits ein Steuersystem für ein lotrecht startendes und landendes
Flugzeug vorgeschlagen worden, bei dem die Düsenströmung eines Triebwerks umgelenkt
wird, um Drehbewegungen des Flugzeugs um seine Hauptbezugsachsen hervorzurufen.
Die Umlenkung der Düsenströme wird dabei mit Hilfe eines Steuerknüppels gesteuert,
und es werden Kreisel benutzt, um die Drehbewegungen des Flugzeugs um die Längs-
und Querachsen zu messen. . Weiter ist bereits ein elektrohydrauEsches Servosteuersystem
zum Stabilisieren von lotrecht startenden und landenden Flugzeugen vorgeschlagen
worden, deren VorwärtsgeschwIndigkeit Null oder nahezu Null ist, wobei in einer
speziellen Schaltanordnung ein Zweiphasenmotor benutzt wird.' Mit dem vorgeschlagenen
Gerät kann das Flugzeug auf konstanter Höhe gehalten werden.
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Auch wurde bereits eine Flugregelanlage mit Einrichtungen vorgeschlagen,
_die eine Betätigung der aerodynamischen- Steuerungsorgane _ unterbrechen,-wenn
sich das, Luftfahrzeug in lotrechter Fluglage# befindet und dabei - durch
triebstrahlbeeinflüssendb Steuerungsorgane über eine Stabilisierungskette gesteuert
wird, und die beim Übergang vom lotrechten zum horizontalen Flug von der Stabilisierungskette
auf die Betätigung durch die aerodynamischen.Steue7-rungsorgane umschalten. Durch.
Kreiselgeräte erzeugte, die Fluglage des Luftfahrzeuges und seind Winkelgeschwindigkeit
repräsentierende #Signale werden dabei zur Steuerung des Düsenschubes in einen'
Verstärker geführt. -
Bei einem bekannten Flugzeug sind schwenkbare Triebwerke-
vorgesehen, die derart gesteuert werden, daß während des lotrechten, Auf- und Abstieges
eine Trimmwirkung herbeigeführt wird-, -
Bekannt sind auch -Steue-rsy-stem--
e, bei denen eine, Ablenkung der Düsenströmung in einer Tube hervorgerufen wird,
wobei in einem Falle eine asymmetrische Ablenkplatte benutzt wird, um die zwischen
der Düse und der Mündung wirkenden taugenfialen Kräftä zu verändern.
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Der Erfindung liegt die -Aufgabe zugrunde, für Luftfahrzeuge
der eingangs beschriebenen Art eine automatische Flugregelanlage zu schaffen, die
dem Piloten hilft, in der übergangsphase zwischen -dem Flugzustand, i# dem das Flugzeuggewicht
nur von den aerodynamischenAuftriebskräften getragen wird, und einem Schwebezustand,
in dem das gesamte Flugzeuggewicht von. den nach unten gerichteten Düsenstrahlen
getragen wird, einen konstanten Bahnneigungswinkel beizubehalten. Dabei muß die
beim Verzögern oder Neigen des Flugzeuges auftretende Yerminderulig der aerodynamischen
Auftriebskräfte durch eine Änderung des Hubtriebwerkschub#s derart kompensiert-
werden, daß das Flugzeug -unter einem konstanten Bahnneigungswinkel gehalten wird,
so daß beim Erreichen des Schwebezustandes der Hubtriebwerkschub genau das Flugzeuggewicht
trägt und so ein gleichmäßiges Niedergehen des Flugzeugs möglich wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
zum Erzeugen von Signalen, die der Hubbeschleunigung für eine vorbestimmte Flugbahn
entsprechen, und durch ein auf die Beschleunigungssignale ansprechendes Servosystem,
das den Schub der Hubtriebwerke sinngemäß regelt.
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Durch die Flugregelanlage werden somit Signale erzeugt, die eine Beschleunigung
des Flugzeugs normal zu irgendeinem vorgewählten Bahnneigungswinkel darstellen,
und es ist ein Servosystein vorgesehen, mit dessen Hilfe der Auftriebsschub nach
Maßgabe dieser Signale gesteuert wird, so daß Beschleunigungen des Flugzeugs normal
zuni Bahnneigungswinkel zu Null reduziert werden,
Ein Ausführungsbeispiel
der Flugregelanlage ist in der Zeichnung dargestellt, darin zeigt - -Fig.
1 ein schematisches Blockdiagramm einer automatischen Flugregelanlage gemäß
der Erfindung zum Steuern eines der Motordrosselung dienenden Hubschubsteuerhebels,
F i g. 2 ein Vektordiagramm der vertikalen -und horizontalen Beschleunigungskomponenten.
eines- mit der Flugsteueranlage nach F i g. 1 ausgerüsteten Flugzeugs.
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In einem mit Hubtriebwerken ausgerüsteten Flugzeug ist ein Bezugskreisel
11 (F i g. 1) so angeordnet, daß er gegenüber dem Erd-Bezugssystem
eine feste Lage beibehält. Der Kreisel 11 trägt zwei Beschleunigungsmesser
12 und 13, wobei der Beschleunigungsmesser 1-2 die Vertikalbeschleunigung
des Flugzeugs mißt und ein diese Vertikalbeschleunigung darstellendes Signal a,
erzeugt, während der Beschleunigungsmesser 13 die Horizontalbeschleunigung
mißt und ein diese Horizontalbeschleunigung darstellendes Signal ah erzeugt. Die
Signale a, und al, und ein den Winkel e zwischen dem Horizont und der gewünschten
Flugbahn darstellendes Signal werden einem Resolver 14 zugeführt. Der Resolver 14
besteht aus zwei Sinus-Kosinus-Potentiometern, die auf der Steuerwelle
15 eines Flugbahnwinkelwählers angeordnet sind, dessen Winkellage den gewünschten
Bahnneigungswinkel e darstellt. Der Resolver 14 ist so ausgebildet, daß der die
Eingangssignale a, und ah zu einem Ausgangssignal a" verarbeitet, und zwar
nach der Gleichung a" = (a, cos 0) (a" sin
0) .
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Ein Vektordiagramm der Signale a, ah und.-a" ist in
F i g. 2 gezeigt.
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Das Ausgangssigaal a" aus dem Resolver 14 wird an zwei Amphtudenbegrenzer
16 und 17 geleitet, denen auch ein von einem Übertrager, der auf einem
der Motorendrosselung dienenden Hubschubsteuerhebel 18 angeordnet ist hergeleitetes
Signal zugeführt wird. Die Ausgangssignale von den Amplitudenbegrenzem
16 und 17 werden Servoverstärkern 19 und 20 zugeführt, in denen
sie verstärkt werden und zur Betätigung des Servomotors 21 an diesen weitergeleitet
worden. Der Servomotor 21 treibt eine Ausgangswelle 22 an, die so gekuppelt ist,
daß sie- den Hubschubsteuerhebel 18 betätigt.
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Ein Tachometer 23 ist auf der Servomotor-Ausgangswelle 22 angeordnet
und erzeugt ein Rückkopplungssignal, das der Änderungsgeschwindigkeit der Winkelstellung
e der Welle 22 proportional ist. Dieses Signal wird In den Eingang eines jeden der
beiden Verstärker 19 und 20 zurückgeleitet und ermöglicht die weiter unten
beschriebene Geschwindigkeitsbegrenzung des Servormotors. Ebenfalls auf der Motor-A-usgangswelle22
angeordnet ist eine Schaltvorrichtung 24, die aus Sicherheitsgründen in zweifacher
Ausfertigung vorgesehen ist und die Kraftzufuhr zum Servomotor 21 abschaltet, wenn
dieser infolge irgendeines Fehlers in der Geschwindigkeitsbegrenzungseinrichtung
versuchen sollte, sich mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die größer ist, als
es der Geschwindigkeitsbegrenzung entspricht.
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Die Motor-Ausgangswelle 22 ist über eine Getriebe-Kupplungs-Einheit
25 und eine Scherstiftsicherung27 mit dem der Triebwerksdrosselung dienenden Hubschubsteuerhebel
18 verbunden ist. Der Hebel 18 ist so angeordnet, daß er den Brennstoff-Strom
aus einer Brennstoffsteuerungseinrichtung 28
steuert, von der aus der Brennstoff
zu einem Hubtriebwerk 29 strömt, so daß eine Verstellung des
Hebels
18 eine Änderung des Hubtriebwerkschubes und infolgedessen eine Änderung
der Normalbeschleunigung zur Folge hat.
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Die Anlage arbeitet wie folgt: Bei einer Beschleunigung des Flugzeugs
in einer normal zur gewollten Flugbahn verlaufenden Richtung erzeugt der Resolver
14 ein diese Beschleunigung repräsentierendes Signal a". Dieses Signal wird zur
Betätigung des Servomotors 21 weitergeleitet, der den Hubschub-Steuerhebel
18 zur Regulierung der Brennstoffzufuhr zum Hubtriebwerk 29 derart
betätigt, daß die Beschleunigung des Flugzeugs normal zur gewollten Flugbahn verringert
wird. Die Anlage ist so stabilisiert, daß das Flugzeug den gewollten Bahnneigungswinkel
beibehält oder wenigstens bestrebt ist, diesen beizubehalten.
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Der Amplitudenbegrenzer 1,6 erzeugt ein Ausgangssignal, dessen
Amphtude auf ein vorgegebenes Niveau beschränkt ist, so daß das von ihm dem Servoverstärker
zugeleitete Signal dieses Niveau nicht überschreitet. Das von dem Tachometer
23
kommende Signal ist der Änderungsgeschwindigkeit der Winkellage e der Ausgangswelle
22 des Servomotors 21 proportional und wird durch das Produkt a ii repräsentiert,
in dem -a eine Konstante und & die Winkellage der Servomotor-Ausgangswolle
bedeutet. Das Signal a - & wird dem- Servoverstärker in einem
negativen Sinne zugeführt, so daß das diesem zugeführte kombinierte Signal gleich
ist der Differenz zwischen dem Signal vom Amplitudenbegrenzer 16 und dem
Signal vom Tachometer 23.
Wenn ein großes Beschleunigungssignal a" dem Begrenzer
16 zugeführt wird, hat das kombinierte Signal den Betrag L -
a(ß.
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Dieses Signal wird verstärkt und zur Betätigung des Servomotors 21
weitergeleitet, wobei das von diesem entwickelte Drehmoment dem Signal proportional
ist. Wenn die Geschwindigkeit des Motors21 so groß wird, daß L = a
#ß' dann wird das Eingangssignal zum Servomotor gleich Null. Das diesem zugeführte,
Drehmoment wird ebenfalls gleich Null, und der Servomotor läuft dann mit gleichförmiger
Geschwindigkeit, die durch
gegeben ist. Diese gleichförmige Geschwindigkeit wird beibehalten, bis das Beschleunigungssignal
a" so weit verringert worden ist, daß keine Amplitudenbegrenzung eintritt. Dann
nimm & bis auf Null ab.
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Die Anordnung von zwei getrennten parallelen Kanälen zwischen dem
Resolver 14 und dem Eingang des Servomotors 21 ist eine Sicherungsmaßnahme,
wobei die Anordnung so getroffen ist, daß, wenn in einem Zweig ein Fehler auftritt,
der andere ein Ausfallen der Einrichtung verhindert.
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Für den Fall, daß die Getriebe-Küpplungs-Einheit 25 klemmt,
kann der Pilot jederzeit seinen Hubschubsteuerhebel, 18 mechanisch vom Servosystem
abkuppeln, indem er die Sicherheitsvorrichtung 27
zerstört, woraufhin er die
Brennstoffsteuerei:nrichtung
28, die über ein starres Gelenk
mit ihrem Hubschubsteuerhebel 18 verbunden ist, voll manuell steuern kann.
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Wenn der Pilot den Hubtriebwerksschub stärker verändern möchte, als
es die Geschwindigkeitsbegrenzung des Servomotors erlaubt, kann er durch Schleifenlassen
der Kupplung 25 das System übersteuern, ohne irgendwelchen Schaden anzurichten,
die gewünschte Änderung des Schubes herbeiführen und dann die Steuerung wieder der
automatischen Flugregelanlage überlassen.
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Im Schwebezustand wird die Flugbahn-Wählersteuerung auf eine
horizontale Flugbahn geschaltet. In diesem Fall betätigt allein der Ausgang des
Vertikalbeschleunigungsnifflers die Amplitudenbegrenzungsverstärker 16 und
17.