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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuerorgan
für ein Kurzstart- und Vertikal-Lande-Flugzeug (STOVL),
welches ein Triebwerk oder mehrere Triebwerke, im
allgemeinen Gasturbinentriebwerke, und bezüglich ihres
Schubvektors einstellbare oder schwenkbare Düsen aufweist,
die zwischen einer allgemein horizontalen Stellung für Flug
mit aerodynamischem Auftrieb und einer im wesentlichen
vertikalen Stellung für strahlgetragenen Flug einstellbar
sind, beispielsweise Vertikalstart, Schwebeflug und
Vertikallandung.
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Ein Steuerorgan für ein Flugzeug weist im allgemeinen einen
Steuerhebel auf, der einen Teil einer Schubbedarfseinheit
oder eines Gashebelbocks bildet, über welche ein Pilot oder
ein Autopilotmechanismus den Vorwärts-, Leerlauf- und
Umkehrschub des Flugzeugs steuern kann.
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In unserer EP-A-0326439 haben wir ein Steuergerät
beschrieben und beansprucht, welches ein Steuerorgan
aufweist, das auf Kräfte anspricht, die darauf durch eine
Bedienungsperson ausgeübt werden, wobei ein Handgriff
schwenkbar an dem Steuerorgan angelenkt und um eine Achse
quer zur Richtung der aufgebrachten Kräfte schwenkbar ist,
wobei Mittel vorgesehen sind, um den Handgriff in
vorbestimmte Winkelstellungen zu überführen, abhängig von
den aufgebrachten Kräften, wobei jede Winkelstellung eine
gesonderte von mehreren erforderlichen Arbeitsstellungen
eines zugeordneten Gerätes angibt, auf die im Betrieb das
Steuergerät einzustellen ist.
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Ein speziell bevorzugtes Steuergerät, welches in der
EP-A-326439 beschrieben ist, eignet sich ausgezeichnet zur
Steuerung des Schubes, ist jedoch beschränkt auf jene
Funktion, und es ist ein getrenntes Steuergerät für andere
Steuerzwecke erforderlich. insbesondere bei einem STOVL-
Flugzeug würde der Pilot ein getrenntes Steuerorgan (Hebel)
benötigen, um die Orientierung der bezüglich des
Schubvektors einstellbaren Düsen zu steuern.
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Dies ist jedoch bei modernen Flugzeugen als Nachteil
anzusehen, weil hier die Aufgabe besteht, die
Bedienungsperson nicht zu überlasten. Dies ist insbesondere
bei Militärflugzeugen wichtig, wo immer höhere Anforderungen
an die Piloten moderner Jagdflugzeuge gestellt werden. Außer
das Flugzeug zu fliegen, muß der Pilot häufig komplexe
Waffensysteme, elektronische Gegenmaßnahmen, elektronische
Überwachungseinrichtungen, elektronische
Navigationseinrichtungen sowie Computer und Nachrichtensysteme
bedienen. Außerdem sollte das Steuerorgan nur einen
minimalen Teil des verfügbaren Raumes einnehmen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerorgan für ein
STOVL-Flugzeug vorgesehen, welches ein Triebwerk und
bezüglich des Schubvektors einstellbare Düsen aufweist,
wobei das Steuerorgan ein steuerglied besitzt, welches auf
Kräfte anspricht, die darauf durch eine Bedienungsperson
ausgeübt werden, und das einen Handgriff besitzt, der in
einer ersten Ebene drehbar ist und den Schub des Triebwerks
steuert, und dieses Steuerorgan ist gekennzeichnet durch
eine Schwenkbewegung in einer zweiten Ebene, die allgemein
senkrecht zur ersten Ebene verläuft und die Orientierung der
bezüglich des Schubvektors einstellbaren Düsen zwischen
einer Horizontalstellung für Normalflug und einer
Vertikalstellung für Start, Landung und Schwebeflug
steuert.
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Demgemäß schafft die Erfindung einen kombinierten Gashebel
und Düsenanstellhebel, was Raum spart und die Arbeitsweise
des Piloten vereinfacht.
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Aus der EP-A-0265035 ist ein manuelles Steuergerät für die
Schubgröße und den Schubvektor bekannt. Jedoch wird hier der
Schubvektor durch eine drehbare Hülse gesteuert, die am
Handgriff angeordnet ist und für Einhandbetrieb sehr
kompliziert ist.
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Vorzugsweise wird das in der EP-A-0326439 beschriebene Gerät
dadurch modifiziert, daß ein geeigneter Gelenkmechanismus,
beispielsweise ein Schwenkstift, am Schaft des Steuerhebels
angeordnet ist, wobei dieser Gelenkmechanismus innerhalb der
Konsole angeordnet sein kann und die Anordnung derart ist,
daß die Schubsteuerbewegung eine Bogenbewegung in einer
Längsebene (von vorn nach hinten verlaufend) ist, während
die Schubvektorsteuerbewegung eine querverlaufende
Bogenbewegung ist, während der der Pilot sein Handgelenk
nach außen nach dem Rumpf hin drehen würde, um das
Steuerglied (Hebel) um das Gelenk zu schwingen.
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Es können Mittel vorgesehen sein, um eine Schubvektor-
Düsenbewegung zu verhindern, wenn die Gashebeleinstellung
unter einem vorbestimmten Wert von beispielsweise 85 %
liegt.
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Das Steuerorgan kann mit einer Handbedienungsvorrichtung
über einen Zahnriemen verbunden sein, der mit einer frei
rotierenden Rolle und einer Hülse kämmt, welch letztere
innerhalb eines Antriebsmotors und eines Differential
getriebes angeordnet ist, so daß ein Ziehen oder Drücken am
Handgriff eine Drehung des Motors, einen Antrieb des
Getriebes und ein Anheben oder Absenken der Rolle bewirkt.
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Vorzugsweise spricht das Steuerorgan ohne Bewegung auf eine
progressive Kraftanwendung durch eine Bedienungsperson an.
Das Steuerorgan kann dann als
Kraftdrosseleinstellvorrichtung dienen. Unter dem Ausdruck "Kraftdrossel"
verstehen wir eine Triebwerkssteuervorrichtung mit einem
Gashebel, der nicht mechanisch mit dem zugeordneten Gerät,
beispielsweise dem Triebwerksbrennstoffsteuersystem,
verbunden ist, sondern der über ein System von Kraftsensoren
verbunden ist, die die versuchte Bewegung des Hebels durch
die Bedienungsperson abfühlen, und elektrische, optische
oder andere nicht-mechanische Signalübertragungsleitungen
nach geeigneten Wandlern und Antrieben bewirken eine
mechanische Betätigung des
Triebwerksbrennstoffsteuersystems.Derartige Kraftdrosseln können extrem klein im
Vergleich zu ihren vollmechanischen Gegenstücken ausgebildet
werden, und im typischen Fall kann der Hebel klein genug
sein, um vom Piloten mit einer Hand, nur unter Benutzung von
Daumen und Zeigefinger betätigt zu werden, indem die
jeweiligen Drücke aufgebracht werden.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In
der Zeichnung zeigen:
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Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht der
kombinierten Gashebel- und Schubvektoreinstellung gemäß der
Erfindung in zwei verschiedenen Arbeitsstellungen,
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Fig. 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen
Gerätes,
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Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie X-X¹ gemäß
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Fig. 2, und
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Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie Y-Y¹ gemäß
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Fig. 2.
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Der Kraft-Gashebel des Piloten, der schematisch in den Fig.
1, 2 und 3 angegeben ist, wurde so ausgebildet, daß er in
den Flugzeugcockpitaufbau einpaßt, insbesondere in den
Cockpit eines Militärflugzeugs, beispielsweise eines
Jagdflugzeugs. Üblicherweise würde ein solcher Kraft-
Gashebel in einer Konsole benachbart zur linken Hand des
Piloten bei einem einmotorigen Militärflugzeug oder in einer
zentralen Konsole bei einem mit mehreren Triebwerken
ausgerüsteten Zivilflugzeug angeordnet werden. Eine obere
äußere Oberfläche der Konsole ist bei 1 dargestellt. Der
Kraft-Gashebel weist einen Steuerhebel 2 auf, der am unteren
Ende an einem Trägeraufbau 3 festgelegt ist. Der Hebel kann
begrenzt in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung bewegt werden,
wobei die Vorwärtsrichtung die Richtung gemäß Fig. 1 nach
links ist und die Rückwärtsrichtung die Richtung gemäß
Fig. 1 nach rechts. Der Bereich der Vorwärts- und
Rückwärtsbewegungen ist begrenzt und durch die Pfeile A bzw.
B angedeutet.
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An den Wänden der Konsole 1 ist ein allgemein bogenförmig
gestaltetes elastisches Organ 4 aufgehängt. Das elastische
Organ bewirkt eine Abdichtung und verhindert das Eindringen
von Staub in eine Kammer darunter, und dieses Organ ist mit
einem Schlitz versehen, durch den der Hebel 2 hindurchtritt.
Der Schlitz ist so bemessen, daß er im wesentlichen in
seiner Form und Größe dem Querschnitt des Hebels 2
entspricht.
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Der Hebel 2 ist einstückig mit einem Basisträger 5
hergestellt, der im Grundriß im wesentlichen rechteckig
ausgebildet ist und vier Druckkissen 6 besitzt. Jedes
Druckkissen stützt sich auf einem von vier Kraftwandlern 7a,
7b ab, die am Trägeraufbau 3 montiert sind und unter Druck
gehalten werden.
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Der Hebel 2 ist bei 8 schwenkbar. Es kann jede
Schwenkverbindung 8 benutzt werden, die die Möglichkeit
schafft, den Hebel 2 senkrecht zur Vorwärts- und
Rückwärtsbewegung in Richtung des Pfeiles zu bewegen, der in
Fig. 3 dargestellt ist. Diese Bewegung wird benutzt, um die
Schwenkbewegung der bezüglich des Schubvektors anstellbaren
Düsen (nicht dargestellt) zu steuern. Die Bewegung wird
durch ein Drehpotentiometer 9 aufgenommen, welches
Ausgangssignale nach einem Mechanismus liefert, um die
einstellbaren Düsen zu verschwenken. Das Potentiometer 9 ist
auf dem Hebel 2 benachbart zur Schwenkverbindung 8
angeordnet.
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Ein länglicher Handgriff 10 ist schwenkbar um eine Achse
quer zur Vorwärts- und Rückwärtsrichtung angelenkt, d. h. um
eine Achse senkrecht zur Zeichenebene gemäß Fig. 2, und zwar
ist der Handgriff 10 am oberen Ende dieses Hebels 2
schwenkbar angelenkt.
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Im Betrieb bewirkt der Versuch einer Vorwärts- und
Rückwärtsbewegung des Hebels 2, daß der Basisträger 5 um
einen der beiden Gelenkpunkte 11a oder 11b verschwenkt wird,
je nach der Richtung der versuchten Bewegung. Normalerweise
kommt keine wirkliche Bewegung zustande, wenn der Pilot eine
progressive Kraft auf den Hebel 2 über den Handgriff 10
ausübt. Die vom Piloten eingegebene Kraft vermindert jedoch
in hohem Maße die auf zwei der Kraftwandler 7a ausgeübte
Kraft und vermindert die Kraft auf dem anderen Sensorpaar 7b
in einem geringeren Ausmaß.
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Demgemäß werden die Ausgänge der Kraftwandler 7a, 7b
benutzt, um den Triebwerksbrennstoffbedarf in bekannter
Weise zu steuern.
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Eine Vorbelastung der Kraftwandler durch Kompression
verhindert eine Überlast und eine mögliche Zerstörung der
Wandler im Gebrauch. Die Kraftwandler können
zweckmäßigerweise als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet
sein.
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Der Handgriff 10 des Hebels 2 hat eine spezielle Ausbildung,
um den Piloten mit einer gefühlsmäßigen Information
bezüglich des Triebwerkssteuerbedarfs zu versehen, den er
gewählt hat. Der Handgriff 10 weist allgemein
ellipsenförmige Gestalt im Querschnitt auf, wie aus den Fig. 1 und 2
ersichtlich. Er besteht aus zwei zylindrischen Hülsen 12 und
13, die in Lagern eines Trägers 14 abgestützt sind. Ihre
Arbeitsweise wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 4
beschrieben. Es kann dabei auch Bezug genommen werden auf
die Fig. 1, 3a, 3b und 4 der oben erwähnten EP-A-0326439 im
Hinblick auf eine allgemeine Beschreibung des
Steuerhandgriffs 10, jedoch unter Berücksichtigung der
folgenden wichtigen Abwandlungen.
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Der Handgriff 10 hat nur eine frei drehbare Rolle 12, und
nicht zwei. Ein Zahnriemen 15 (Fig. 2) verbindet die einzige
Rolle 12 mit einer zylindrischen Hülse 13 größeren
Durchmessers, die schwenkbar am Hebel 2 angelenkt ist. Wie
erwähnt, beherbergt die Hülse 13 im Inneren einen
Antriebsmotor 16 und ein Planetenradgetriebe 17 mit einer
Antriebsachse 18.
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Eine Drehung des Motors 16 hebt die Rolle 12 gegenüber der
größeren Hülse 13 an oder senkt diese ab, je nach der
Drehrichtung des Motors (vgl. Fig. 1). Der Motor 16 wird in
der jeweiligen Richtung gemäß dem Vorwärts- oder
Rückwärtsdruck auf den Hebel 2 angetrieben und entsprechend
den Ausgangssignalen von den Kraftwandlern 7a und 7b,
wodurch dem Piloten ein künstliches Steuergefühl bezüglich
des Brennstoffbedarfs vermittelt wird.
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Der Übergang vom Flug mit aerodynamischem Auftrieb nach
einem strahlgetriebenen Schub könnte mit Hilfe eines vom
Piloten betätigten Schalters durchgeführt werden, der im
Steuerorgan eingebaut sein kann.