Die nachfolgende Tafel zeigt deutlicher, welche Anpassungen das erfindungsgemäße
Steuerungssystem zwischen den Steuerparametern und den Ausgleichsbedingungen vornehmen
muß, die zur Gleichzewichtshaltung in den Fällen Gieren L, Nicken T und@I1öllen
R in allen Flugphasen erforderlich sind. '
. Flugphasen |
senkrecht |
Steigen Sinken Schweben i Schräg ` Waagrecht Schräg |
Sinken Steigen |
Einwirkungen |
a |
auf die ;GN R G N .R G N RAG N RG N -R G'NR' |
Triebwerke |
symmetrische g X % X g g |
Neigung , |
anti- |
metrische |
% X % X X ' % X X |
Neigung . |
anti- |
_ R X , : % X g g ; g ! % |
metrischer |
Schub |
Diese Tafel läßt die komplexen Aufgaben der Übertragung von Steuerbefehlen von den
Steuerorganen zu den Triebwerken deutlich werden. So muß z. B. eine Rollausgleiehsbewegung
am Steuerknüppel im Senkrechtflug den Triebwerksschub antimetrisch verändern, während
sie im Waagrechtflug die Triebwerksneigung antimetrisch verändern muß. Die Erfindung
hat daher ein Steuerungssystem zum Ziel, das eine den. oben zusammengestellten Gesetz
entsprechende Übertragung zwischen den Steuerorganen einerseits und den Stellgliedern
andererseits ermöglicht, die mit den Vorrichtungen zur Einstellung der Triebwerks-.neigung
bzw. zur Einstellung des Triebwerkssehubes verbunden sind. Einen weiteren Gegenstand
der Erfindung bildet ein Steuerungssystem, bei dem die Bedienungskräfte, die durch
Reaktionsmomente bei einer Betriebsänderung erzeugt werden, automatisch und kontinuierlich
ausgeglichen werden.
Das erfindungsgemäße Steuerungssystem besitzt
im wesentlichen einerseits eine Einheit von Mischblöcken für Befehle, die den charakteristischen
Flugzeugsteuerungsbewegungen entsprechen, und diese Mischblöcke sind miteinander
und mit den Steuerorganen durch Verbindungsorgane verbunden. Andererseits besitzt
das Steuerungssystem Stellglieder für die Triebwerke, die mit den Ausgängen der
Mischblock-Einheit gekuppelt sind. Hierbei. sind Servoeinrichtungen zwischen den
Misehblöcken und den Stellgliedern angeordnet, die bei Änderungen von Triebwerksneigung
oder -sehub eine Beherrschung der aerodynamischen Reaktionsmomente ermöglichen und
so die Flugzeugsteuerung unterstützen. Weitere Kennzeichen der Erfindung sind: Die
Mischblockeinheit umfaßt folgende Teiles einen Mischblock für symmetrische Befehle
zur Umwandlung der Nick- und Trimmbefehle in Triebwerkshauptneigungsbefehle; einen
Misohblock für antimetrische Befehle zur Umwandlung der Roll- und Gierbefehle in
Befehle zur Differentialverstellung von Triebwerksohub und -neigung, wobei die Umwandlungsfunktionen
von der Stellung der Trimmsteuerung abhängig sind; einen Mischblock für Schubbefehle
und einen Mischblock für Neigungsbefehle, die in allen Fällen die Addition oder
Subtraktion des Differentialschubes oder der Differentialneigung zu oder von dem
Hauptschub bzw. der Hauptneigung vornehmen und die Ergebnisse auf die entsprechenden
Stellglieder für die zugehörigen Triebwerke weitergeben. Die Steuerorgane umfassen
einen Steuerknüppel für die Nick-und Rollsteuerung, ein Pedal für die Steuerung
der Gierbewegungen, eine Schubhauptsteuerung, die gleichzeitig und in gleichem Sinn
auf den Triebwerkschuu einwirkt, sowie eine
Trünmsteu_erungdie auf dis Hauptneigung der Triebwerk |
einwirkt. -@äleiohzeit*ig ist: eine Steuerung des Höhenrudern |
in das übertragungesyatem eingefügt, die die Nioketeuerung |
in den 7lugphasen mit Horizontalkomponente vervollständigt. |
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der IW- |
findung besitzen die Befehlsmiechblöcke und Verbindungs- |
Organe des Steuerungssysteme lediglich mechanische Nasah- |
nenelemente eur Übertragung oder Umwandlung von Bewegungen, |
wie z. B. Stangen, Hebel# Armee Zahnrüder, Winkelhebel und |
alle anderen klassischen mechanischen Mittel. |
Die beiden Servoeinrichtungen für Schub und Neigung sind |
zwischen den Befehlenioohblöoken und den Stellgliedern des |
Steuerungssystem; angeordnet und besitzen jeweils zwei be- |
weltliche Winkelhebel, die in entgegengesetztem sinne betätigt, |
werden und mit jeweils einem in die Ausgabestangen der Misch- |
blöcke für'8ohub-- bzwNeigungsbefehle eingeschalteten Dynamo- |
meterpaar verbunden sind. Die beiden Dynamometerpaare erzeugen |
elektrische Spannungen, die zwei Magnetkupplungen derart er- |
regen, 'd@ß sich die Ylinkelhebel unter der l.nwirkung eines |
äußeren Hilfsantriebs solange;veratellen, bis die Dynamometer- |
paare gleiche elektrische Spannungen erzeugen, d. h. gleiche- |
mechanische Kräfte übertragen: |
Die Vorteile und weitere Einzelheiten der Urfindung werden
in |
der folgenden Beschreibung deutlich, die sich auf 'die bei- |
liegende Zeichnung bezieht. In dieser stellen dar: |
Big: 'I dae Schema eines Senkrechtstarters, der zwei Vera |
kleidete schwenkbare Luftschrauben und ein Höhenruder |
und eine gUnzlioh mechanische Ausführungafoznn eines |
yorbindungsgestängeg zwischen den Steuerorganen und |
den Stellgliedern des Flug. und Triebwerks besitzt, |
sowie eine vektorielle Darstellung der zur Steuerung der Maschine
erforderlichen Auftriebs- und Gleichgewichtsbedingungen; Fig. 2 in perspektivischer
Darstellung und in größerem Maß-Stab die wesentlichen Bestandteile der Übertragungsmittel
in Fig. 1; Fig. 3 in einem Übersichtssehema die Funktionsverknüpfungen zwischen
den verschiedenen Organen der Maschine in Fig. 1 ; Fig. 4 schematisch in perspektivischer
Darstellung mögliche bis 7 Ausführungsformen der Mischblöcke für antimetrische Befehle
I, für symmetrische Befehle II, für Schubbefehle III und für Neigungsbefehle IV;
Fig. 8 in perspektivischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform zweier Servoeinrichtungen
V, V' für die Schub- bzw. Neigungsverstellung; Fig. 9 in perspektivischer Einzelansicht
und im halben Längsschnitt eine Doppel-Magnetkupplung, wie sie bei den beiden Servoeinrichtungen
in Fig. 8 eingesetzt werden kann. Das in Fig. 1 dargestellte Flugzeug besitzt eine
Längssymmetrieebene, welche durch die senkrechte Achse z z' und die waagrechte Achse
y y' festgelegt ist. Durch den Punkt 0 verläuft eine zu dieser Ebene senkrechte
Achse x x'. Sie durchstößt an den Punkten 01 und 02, die gleichen Abstand zu 0 haben,
zwei weitere zur ersten parallele Ebenen, die durch die Achsen z1 z'1 - y1 y'1 bzw.
s2 z'2 - y2 y'2 gelegt sind. Auf der Achse x x t stellen die Punkte 01 und 02 Schnittpunkte
dieser Achse mit den Triebwerksdhubachsen dar.
Die Triebwerke sind mit der Maschine durch in Richtung x x§ |
orientierte Schwenklager verbunden. Diese Lager dienen zu |
einem derartigen Schwenken der Trebwerke, daß bei vekto- |
rieller Betrachtungsweise die Vektoren V, und `V2, welche |
die Triebwerksohübe darstellen, Sektoren bestreichen, die |
von den Bxtremstellungen 01t#,, Olug, und 02t12, 02u12 be- |
grenzt sind. Diese Extremstellung können die Sektoren |
01 z@y# b@w. Q z'2 # überschreiten. Der Schwerpunkt
der Maschine |
befindet sich |
senkrecht unterhalb von 0.: |
Setzt man voraus, daß die Stellglieder a1, a2 auf die Trieb- |
werke bi, b2 Befehle übertragen, welche die Schübe V1 bzw.
V2 |
sowie die Anstellwinkel t1 -bzwt2 verändern, dann ist
es |
unter Benutzung der in Fig. 1 angegebenen Vorzeichenkonvention |
mögliehy alle für den Plug der Maschine erforderlichen Auf- |
triebe- und Gleiohgewiohtsbedingungen aufzustellen. |
Wenn e a bei 01 und 02 eine Linie für das Gleichgewicht von |
Triebwerksohub und.halber Flugzeuglast darstellt, so kann man |
als ,Funktion aller Flugphasen die Vektoren V1 und V2 |
symmetrisch oder antimetrisch um einen Betrag + V oder |
- Q Y auf Werte unter oder über'? a verändern, und dies
in |
Verbindung mit einer beliebigen Veränderung +11r oder -
Ä/", , |
wobei man innerhalb der möglichen Extremstellungen der |
Vektoren V1 V2 bleibt. |
Mit Hilfe der weiteren, in Fig. 1 angegebenen Vorzeichenkonventionen kann man sich
folgende Bewegungen der Stangen des Verbindungsgestänges vorstellen: Wenn man längs
der Bewegungstrajektorie einer Verbindungsstange einen fiktiven Punkt mit dem entsprechenden
Steuerorgan verbindet, so erhält man an den Stangenachsen, die an den Stellgliedern
a1, a2 enden, algebraische Verschiebungen mit folgenden Vorzeichen (Fig. 2): Auf
den Achsen @@: +,&X in Richtung @ 1 ,2 t' und
-,a Ä in Richtung
X u
1 , .
Das entspricht einem Schub V = konst. bei einer algebraischen |
Veränderung + @@"' bzw. des Triebwerkneigungswinkels.. |
In gleicher Weise entspricht auf den Achsen (a' ": |
f W n |
+ A#O einem + 0 V in Richtung 4) |
- (,o einem - V in Richtung 14 Diese Verschiebungen erzielt
man je nach betrachteter Flug- |
phase durch entsprechende Verschiebungen der weiter unten aus- |
führlich erklärten Steuerorgane A, B, C, D, wobei für diese |
Verschiebungen die folgenden Vorzeichenkonventionen gelten: |
i n Ri aht ung ' " + s ow i e - AA i n Richtung |
ebenso |
i n Richtung @x' x " + la # @ x sowie
- Q d@x i n Richtung |
Die Vorzeichenkonventionen der weiteren Größen Ooy,
J" und E , |
deren Bedeutung weiter unten gezeigt wird, sind analog abge- |
leitet. . |
Ausgehend von diesen Vorzeichen kann man ein derartiges Gesetz |
für die Übertragung zwischen den Steuerorganen und den Stell- |
gliedern (al, a2) aufstellen, daß für alle Flugphasen die |
folgenden Auftriebsbedingungen durch die entsprechenden |
Stellungen der Steuerorgane sichergestellt werden: |
V > Y a, 0 (senkrechter Steigflug) |
V .C Y a, - 0 (senkrechter Sinkflug |
V = a, 0 Z/'< 900 (Schwebeflug ) |
V #e 5P, 0 < @` 90o (schräger Sinkflug) |
V "'. lp a, 90o (Waagrochtflug) |
V ) #O a, 0 G < 900 (schr#Iiger Steigflug). |
Diese Stellungen der Steuerorgane bestimmen die betrachtete |
Plugphasd@'IU1d sind durch folgende Beziehungen gegeben:
- |
0 |
[:a'.= 0 |
0 |
'' ,,# dar 0 e £ e 90° |
y,"j@a@ f 90° |
>!sag 0 E f < g° , |
Hierbei ist. .der Wert von' bei Sohubhauptsteuerung
0, |
der dem Vert B entspricht. . |
Ebenso kann das obige Übertregungsgebeta derart vervollstän- |
digt worden, daß man für jede Plugphas e und
für Gier-, Nick- |
'oder Bollkarrekturen durch Betätigen der Steuerorgane ge- |
eignete t#le:tohgewiohtekoxrekturen erhält. |
Hierzu :ettjlt die untenstehende Tafel das
gesuchte Über- |
txgugeg@eetauf. Sie .-gibt unter II alle auf,
die Steuer- |
orpM Mtsubrngenäen Betätigungen für die unter I stehenden |
Auftriebe- und ßleichgeüiohtebedingungen an. |
In dieser Tafel sind die Grüßen Ji'`1 und /'2 oder V1
und V2 |
sowie ihre Differentialveränderungen dr, und ,4/^2 oderA
y1 |
und A V2 betragsmäßig gleich. |
Diese Tafel zeigt in Verbindung mit der vorausgehenden Tafel |
außerdem, daß alle erforderlichen Korrekturbedingungen für
das |
Flugzeuggleichgewicht den Steuerparametern richtig angepaßt |
sind. |
In Fig. 1 und 2 wurden übliche Steuerorgane schematisch dar- |
gestellt. Sie umfassen namentlich einen Steuerknüppel
A, der |
mit einem Übertragungshebel 15 verbunden ist. Dieser Steuer- |
knüppel steuert_durch Längsverschiebungen in Richtung |
X Niekbewegungen einerseits durch symmetrische Ver- |
änderungen der Triebwerksneigung und andererseits durch
Ein- |
wirkung auf das Höhenruder 16 über die Stange B. Der gleiche |
Steuerknüppel A steuert durch seine Querverschiebungen in |
Richtung i' y A ff Y über die, oben beschriebene Übertragungs- |
einrichtung eine Rollbewegung. Ein Pedal H steuert durch Be- |
wegungen in Richtung A' A #f die Gierbewegungen, während
eine |
Sohubhauptet.euerung d, die durch einen Hebel dargestellt
und |
deren Winkelstellung mit @ bezeichnet ist, gleichzeitig und |
symmetrisch auf den Schub der Triebwerke b1, b2 einwirkt. |
Schließlich wirkt eine in ihrer Winkelstellung durch
f gei-- |
kennzeichnete und in fig. 1 und 2 durch eine bewegliche
Scheibe |
dargestellte Trimmsteuerung D auf die Neigungen der Triebwerke. |
Allgemein können die Steuerungen 0 und D als
bestimmend für |
die Auftriebebedingungen des flug$euges betrachtet werden, |
d. h. für die Flugphase, .während die Steuerungen A und H durch |
ihre Bewegungen in allen Plugphaaen die, erforderlioh6n
Gleich- |
gewichtskorrekturen ermöglichen. |
Zig. 3 zeigt in einem funktionesohaubila des ertioAumeg«uen |
Steuerungssystems, welche Verbindungen zur.
#erwirktlohung dir |
in der vorangegangenen Tafel dargestellten ]Punktionen erforder- |
lioh sind.-. |
In der vorteilhaften in Fig. 1, 2 und 4 bis 8 dargestellten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems sind nur rein mechanische Organe zur Verbindung, Umformung
und Übertragung von Bewegungen vorgesehen. Eine solche, die Erfindung nicht begrenzende
Ausführungsform weist gegenüber Übertragungssystemen, die elektrische, elektromechanische,
hydraulische oder pneumatische Organe benutzen, eine große Betriebssicherheit auf.
Wie aus dem folgenden ersichtlich, gestattet das erfindungsgemäße mechanische Steuergestänge
einerseits die geeignete Übertragung der Steuerbefehle, indem es vollkommene Übereinstimmung
zwischen den Bedingungen I und II der vorangegangenen Tafel herstellt, und andererseits
durch Einsatz von Servoeinrichtungen einen Ausgleich der Bedienungskräfte, die infolge
der Reaktionsmoment e auf Grund der Bedienung der-Triebwerke bei Veränderungen von
Neigung oder Schub an den Steuerungen auftreten.
Der in Fig. 4 dargestellte Mischblock P I hat einen beweglichen |
Sockel Ia und ein Kreuzstück Ib mit den orthogonalen Achsen |
y3 y3' und x3 x3i. Das Kreuzstück Ib schwenkt um die Achse |
x 3 x 3', in einem festen Konsol I0. Der Sockel Ja ist
mechanisch |
über die Stangen 1, 3 mit dem Steuerknüppel A zur Steuerung |
der Veränderungen 0 4 y und mit dem Pedal B zur Steuerungen
der |
Veränderungen AA verbunden. Auf dem Sockel Ia
sind drei be- |
wegliche Teile Id, Iej, If angeordnet, die um die zur
Ebene |
x 0 y senkrechten Achsen z3 83', z4 z4', z5 z5' schwenkbar
sind. |
Die Teile Bind derart angeordnet, daß sie sich über Zahnsektoren |
wechselseitig antreiben. Das Teil Id ist einerseits über die |
Stange 4 mit dem Block P II verbunden und andererseits über
die |
Stange 9 mit dem Block y 11I. Die Stangen 9 und 10 enden auf |
den Achsen z3 a39 und z5 a5' und das Teil If ist über
die |
Stange 10 mit dem Nisohblook 2 IV verbunden. |
Der Mischblock P II (Fig. 5) wird im wesentlichen durch eine Welle
Ma gebildet, die um eine feststehende Achse y4 y4' schwenkt. An fest auf der Welle
sitzenden Armen IIb und IIc greifen Stangen 4 und 6 an, die ihrerseits fest mit
dem Block P I bzw. mit der Trimmsteuerung D zur Steuerung der Änderungen @ verbunden
sind. Ein System IId, das zwei fest auf Ma sitzende Arme besitzt, trägt andererseits
auf einen Hebel IIe, der um die zu y4 y4' parallele Achse y5 y5' schwenken kann.
An diesem Hebel greifen zwei Stangen 7 und 2 an, die mit dem Block P IV bzw. mit
dem Steuerknüppel A hinsichtlich seiner Funktion @ Ax fest verbunden sind. Der Mischblock
P III (Fig. 6) hat einen Sockel Ma, der auf einem Bolzen IIIb um die ortsfeste Achse
z6 z6' schwenkbar ist. Ein Winkelhebel IIIc schwenkt um z6 z6' und steuert einerseits
über die Stange 9' den T-förmigen, um z7 z7' schwenkenden Hebel IIId und andererseits
über die Stangen 11 und 12 die Stellglieder a1 und a2 mit Hilfe der Servoeinrichtungen
V, V'. Der Hebel IIIo ist über die Stange 9 mit dem Mischblock I verbunden, und
zwar beispielsweise durch einen komplementären Hebel IV der in Fig. 6 schematisch
dargestellt ist. Das Teil IIIa ist mit der Stange 5 verbunden, und über die Lagerung
um z8 z8' mit dem Schubhebel C, der die Veränderungen @ l' st euert. Der Mischblock
IV (Fig. 7) ist ähnlich Block III aufgebaut und hat einen Sockel IVo, der auf einem
Bolzen IVb um die ortsfeste Achse z9 z9' schwenkbar ist. Ein Winkelhebel IVc schwenkt
um z9 z9' und steuert über die Stange 10 den T-förmigen, um z11 z11' schwenkenden
Hebel IVd, der über die Stangen 13 und 14 mittels der Servoeinrichtungen V, V' mit
den Übertragungsorganen a1 und a2 verbunden ist. Der Hebel IVc ist über die Stange
10 mit dem Block P I verbunden und zwar z. B. über einen komplementären Hebel
16. Das Tei., IVa ist über die Stange 7 über die Lagerung um z10 z10' mit
dem Block II vez#-bund en.
Die in Fig. 8 dargestellten Servoeinrichtungen
setzen sich aus zwei ähnlich aufgebauten Einheiten V und V' zusammen. Von der Einheit
V gehen die Stangen 11 und 12 aus, von der anderen Einheit V' die Stangen 13 und
14. Die Einheit V besteht einerseits aus einem Winkelhebel Va, der über eine Hülse
oder Muffe Vb mit einem Zahnrad Vc fest verbunden und um eine ortsfeste Achse z12
z12' schwenkbar ist, sowie andererseits aus einem weiteren Winkelhebel Vd, der mittels
eines Bolzens Ve mit einem Zahnrad Vf fest verbunden und ebenfalls um z12 z12' schwenkbar
ist.- In gleicher Weise besteht die Einheit V' einerseits aus einem Winkelhebel
V'a, der über eine Hülse oder Muffe V'b mit einem Zahnrad V'o fest verbunden und
um eine ortsfeste Achse z12 Z12' schwenkbar ist, sowie andererseits aus einem weiteren
Winkelhebel V'd, der mittels eines Bolzens Ve mit einem Zahnrad V'f fest verbunden
und ebenfalls um die Achse z12 z12' schwenkbar ist. Die Zahnräder Vf, Vf' sind mit
identischen Bauelementen Vg1,Vg2 und Vg'1, V9'2 verbunden (Fig. 9). Diese Bauelemente
bestehen aus zwei Pulvermagnetkupplungen, z. B. 1 g und 2g, die durch zwei getrennte
elektrische Kreise 39 und 4g erregt werden. Die Erregung der Kupplungen verbindet
den treibenden Teil 59 mehr oder weniger fest mit dem getriebenen Teil 6g. Die treibenden
Teile Vg1 , Vg2 einerseits und Vg'1, Vg'2 andererseits stehen miteinander in Eingriff,
und die getriebenen Teile 6g1, 6g'1 einerseits und 6g2' 6g'2 andererseita stehen
mit den Zahnrädern Vf, V'f bzw. Vc, V'c in Eingriff. Aus den beiden Tafeln im Text
und den Fig. 1 bis 8, wo die Maschine in Bodenstellung dargestellt ist, sowie aus
der
Ausführung der verschiedenen beschriebenen Vorrichtungen. folgt, daß der
Auftrieb der Maschine in allen Flugphasen aufrechterhalten wird, da folgendes giltt
1.
In senkrechter Steigflugphase, wo C in die Stellung @@@ a und D in die Stellung
= 0 kommt, ist aus der Zeichnung zu erkennen, daß die Stange 5 das Teil IIIa um
z6 z6' gedreht hat (Fig. 6). Weiterhin ist zu erkennen, daß die Stangen 11 und 12
vorgeschoben worden sind und über den Servoblock V derart auf a1 und a2 eingewirkt
haben, daß die untereinander gleichen Bewegungen @awl und +4w2 betragen (Fig. 8).
Diese Bewegungen erbringen +@V1 und +`@V2 für V @a. Die Stellung von D, die @ auf
0 führt, ist derart, daß bei @ = 0 der Arm IIb und die Hebel Id und If @i,' = 0
setzen. 2. In senkrechter Sinkflugphas e hat C seine Stellung geändert und befindet
sich in einer Lage *#z@a. Dies bewirkt eine Umkehrung der obigen Bewegungen, in
der Weise, daß @,dwl und @Aw2 - @V1 und -4V2 erzeugen, um V @5P a zu setzen, wobei
D immer auf @ = 0 stellen bleibt.