DE1756435A1 - Flugzeugsteuersystem - Google Patents
FlugzeugsteuersystemInfo
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
- G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
-
- G—PHYSICS
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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- G05D1/0055—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements
- G05D1/0061—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots with safety arrangements for transition from automatic pilot to manual pilot and vice versa
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Description
DIPL.-ING. GONTHER KOCH
DR. TINO HAIBACH
8MUNCHEN2, 20.5.1968
SPEKIiY RkItD GORPOiUTIOlI, Uew York, N.Y./V.St.v.A.
Plugzeugsteuersystem
Die Erfindung besieht sich aiu ein Flugzeiigsteuersvfitem und
insbesondere auf Vorrichtungen zur Kompensation eines Steuersystems beim Zuführen von Eingangssignalen von Hand,
um das gewünschte aerodynamische Ansprechen über einen großen Bereich von Plugbedingungen hin zu erhalten.
Moderne Hochgeschwindigkeitsflugzeuge weisen eine beträchtliche Trägheit bezüglich der Bewegung um die Querachse(Längsneigungsbewegung)
und bezüglich der Gierbewegung auf, was träge Längscharakteristiken zur Folge hat. Zudem benötigen die heutigen
Überschallflugzeuge, um die gewünschten Stabilitätseigenschaften zu erhalten, eine Stabilitätsvergrößerung, insbesondere
bezüglich der Quer- und Hochachsen in der !Form von Dämpfungssystemen für die Längsneigungs- und Gierbewegung. Unglücklicherweise
verzögern die Dämpfungssysteme die Manövrierfähigkeit oder Empfindlichkeit des Flugzeuges auf Pilotenknüppel
Steuerbefehle noch weiter und normalerweise wird beim Entwurf der JJämpfungGsysteme ein Kompromiß zwischen der Flugzeugstabilität und geeigneten Handhabungseigencchaften geschlossen.
Steuerbefehle noch weiter und normalerweise wird beim Entwurf der JJämpfungGsysteme ein Kompromiß zwischen der Flugzeugstabilität und geeigneten Handhabungseigencchaften geschlossen.
0098U/1193 ·/.
Bekannte Steuersysteme die bestrebt sind, das erwünschte aerodynamische Ansprechen des Flugzeuges zu erreichen, machen
normalerweise Autopilot-Servobetätigungsvorrichtungen mit voller Autorität und eine vergrößerte Öystemkomplixität in der Form
von Parameter- oder Verstärkungsregelung über den ganzen Betriebsbereich hinweg erforderlich.
| Gemäß der Erfindung ist ein Flugsteuersystem für ein Flugzeug vorgesehen, bei welchem ein von Hand betätigbarer Steuerknüppel
und ein Dämpfungssyatem zur Vergrößerung der Stabilität des Flugzeuges
um mindestens eine Achse vorhanden ist, wobei mit dem Steuerknüppel Lage-Abfühlvorrichtungen gekoppelt sind, um ein
Lagesigrj&l zu erzeugen, welches die Verschiebung des Steuerknüppels
gegenüber einer vorgegebenen Lage darstellt, dabei ist ferner mit dem Steuerknüppel eine Kraft-Abfühlvorrichtung gekoppelt, um
ein Kraftsignal zu erzeugen, welches die an den Steuerknüppel angelegte Kraft darstellt, wobei Suminiervorrichtungen auf die Lage-
und Kraftsignale ansprechen, um entsprechend der Differenz ein resultierendes
Steuersignal zu erzeugen, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß das Lagesignal über einen vorbestimmten
Bereich von Flugzeuggeschwindigkeiten hauptsächlich wirksam ist, während jenseits dieses Bereiches das Kraftsignal zunehmend, wirksam
wird.
Die Verwendung von sowohl Lage- als auch von Kraftsignalen vom
Steuerknüppel bewirkt eine automatische Einstellung über einen großen Bereich von Flugzeuggeschwindigkeiten hinweg. Vorzugsweise
./. ' 0 0 9 8 U / 1 1 9 3 BAD ORIGINAL
·■■■■■■ . . ■■ - 3 -■...■■
weist die Summiervorrichtung einen auf das Steuersignal
ansprechenden "wash out" - Kreis auf,-um -seine .Wirksamkeit
nach' einem vorbestimmten Zeitintervall auszuschließen, wodurchkeine
Langzeit-Trimm-Planung mehr erforderlich ist. Durch die vorliegende Erfindung werdeη die Flugzeughandhabungseigenschaften
verbessert, ohne die Systernkomplexität merklich
: zu vergrößern. 'Zudem erreicht man die Kompensation der dem
Flugzeug innewohnenden Trägheit und der infolge des Dämpfungssystems
auftretende Trägheit auch bei Verwendung von Aütopilot-Servobetätigungsvorriehtungen
mit beschränkter Autorität, anstelle von solchen mit voller Autorität, die normalerweise
mit bekannten Steuerknüppelsteuersysteraen verbunden cind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sie::
aus der Beschreibung eines -gemäß der Erfindung ausgebildeten Steuersystems für ein Flugzeug-an Hand der Zeichnung; die
: Zeichnung gibt eine scLematische Darstellung - teilweise in
Form eines Blockschaltbildes - des Steuersystem» in Verbindung
: mit der Querachse des Flugzeuges.
Das Steuersystem weist einen u:j eine .i-c-ise 2 schwenkbar angeordneten
-Steuerknüppel. 1 auf, der über ein mechanisches Gestän— ! Se 3, welches einen Uberseizutigswechsler/f. aufweist, Hand-Eingangssignale
für eine Eingangsverbinaunir einer algebraischen
Suinmiervorrichtunr 5 erzeugt. IUe Ausriin^s.jröße der Suniaiervcrrichtung
r steuert eine Ste-aerflächeii-HyärauIirZveritil-Setiitigungsvorriclitung
o, un die 8~euerflä3he einzustellen: in
0098U/1 193
vorliegeiiden Fall isj/die steuerfläche ein Höhenruder 7 des
Flugzeuges 'ö. "üblicherweise ist mit dem Steuerknüppel 1 eine t.
Zentralioierfeder 10, ein Dämpfer 11 und ein Pendelgewicht 12
oder ein Pendelgewichtsäroulator verbunden, der auf die Beschleunigung θ der Querbewegung und die normale Beschleunigung "g"
des Flugzeuges 8 anspricht.
^ Um die gewünschten Stabilitätseigennchaften zu erhalten, ist
das Flugzeugsteueroystem weiterhin nit einer Stabilitätsvergrüßerunjsvorrichtung
ausgestattet, und zwar in diesem Beispiel bezüglich der Querachse in der Form eines Därap'fers 13 für die
Bewegung urn die Querachse. Der Dämpfer 13 für die Bhxmk Bewegimg
ura die Querachse weist einen Längsneigangs-Geschwindigkeitskreisel
14 auf und erzeugt otabilitätsvergrößerungssignale entsprechend
der Bewegungsgeschwindigkeit Q um die Querachse des Flugzeugs
Die Stabilitäts'vergrößerungssignale werden über einen algebraischen
Sumniorverstarier 15 des Autopilotdämpfers an eine Auto-
ψ pilot-HydrauliKventilbetätirangsvorrichtung 16 angeregt, die
ihrerseits eine Autopilct-Dänpfereingangsgröße für eine weitere
Eingangsverbindung der algebraischen Summiervorrichtung 5 in
Verbindung mit der Eingangsgröße erzeugt,· die durch den Piloten
gein Form einer an der. Steuerknüppel 1 angelegten i.raft/steuert
ist. Vorzugsweise besitzt die Hydrauliiiventilbetätigungsvorrichtung
16 nur begrenzte Autorität, um so zu verhindern, daß eiri ungewolltes Fehlersignal bewirkt, daß sich das Höhenruder 7 in
. be einem solchen Ausmaß biegt, daß die Flugzeugzelle übeipknsprucht
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175643S
wird, oder das Flugzeug 8 ±s± in. eine gefährliche Stellung
gebracht wird» Der (Längsneigungs-)Dämpfer 15 für die Bewegung
■ um die Querachse kann ferner einen "wash-out11 -Kreis in der
Form eines Kondensators 17 und auch eine im ganzen bei 18 gezeigte
Nacheilkompensationssehaltung aufweisen, wobei die Yer-
des
Stärkung 3ΘώίίοΕΚ: (Längsneigungs-) Dämpfungssignals für die Bewegung um die Querachse entsprechend den Eigenschaften des speziellen
Flugzeuges ausgewählt wird. Die Verwendung der Längs-'
neigungsbewegiings-Hacheilkompensation gestattet ein schnelles,
gut gedämpftes und kurz periodiges Ansprechen auf Störungen durch Windstöße» Andererseits ist jedoch die Folge, daß das
Flugzeug auf Manövrierbefehle für stetigen Zustand ("steady state") bei niedrigen Flugzuständen träge anspricht, wenn nicht
die erfindungsgemäßen Maßnahmen vorgesehen sind»
Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist das Ansprechen eines modernen Hochgeschwindigkeitsflugzeuges hinsichtlich der Bewegung
um die Querachse und hinsichtlich der G-ierbewegung normalerweise
träge* Das Zufügen der Dämpfer für die Bewegung um die Querachse und der (Herbewegung zum Zwecke der Verbesserung der
Stabilität vermindert die Flugzeugansprechfähigkeiten noch weiter* Die vorliegende Erfindung schafft eine Form der Steuerknüppel
steuerung, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel in bezug auf die Querachse und das Längsneigungs-Dämpfungssystem
13 dargestellt ist, um das Ansprechen des Flugzeuges hinsichtlich
der Bewegung um die Querachse au verbessern» Die Erfindung ist in gleicher Weise auf die anderen Achsen anwendbar, '
Zum weiteren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei ,die
Dynamik des Steuerknüppelpendelgewiohts eines Überschallflugzeuges
betrachtet und durch die folgende Übertragungsfunktion dargestellt:
+ 1
Gemäß der Erfindung kann das Ansprechen eines Plugzeuges auf
Befehle, die sich auf stetigen Zustand beziehen, dadurch beschleunigt werden, daß man eine Form der "washed out"-Steuerknüppelsteuerung
verwendet, welche als Pseudosteuerknüppelsteuerung bezeichnet wird* Ein derartiges System ist in der Zeichnung dargestellt,
wobei ein Verschiebungsfühler 20 so angeschaltet ist, daß er auf die Bewegung des Steuerknüppels 1 über ein Gestänge
3 anspricht, um ein Steuerknüppel-Lagesignal zu erzeugen, welches der Autopilot-Servobetätigungsvorrichtung 16 in einer
) solchen Polarität hinzugeführt wird, daß die vom Piloten befohlenen
Manöver unterstützt werden, und der Tendenz des Längs-
neigungsbewegungsdämpfungssystems 13 derartige Manöver zu verhinge
dern, ent ge ge gewirkt wird» Die Wirkung des Steuerknüppellagesignals besteht in erster Linie in einer Beschleunigung des Ansprechens bei Niediriggeschwindigkeitsflugzmständen, weil das Plugzeug oei niedrigen Geschwindigkeiten normalerweise träge ist, während es bei hohen Geschwindigkeiten normalerweise anspricht. Wenn jedoch die Verstärkung des Steuerknüpptllage- oder Verschiebungssignals geeicht ist, um die Niedriggtgöhwindigkeits-Anspreehkennwerte im
dern, ent ge ge gewirkt wird» Die Wirkung des Steuerknüppellagesignals besteht in erster Linie in einer Beschleunigung des Ansprechens bei Niediriggeschwindigkeitsflugzmständen, weil das Plugzeug oei niedrigen Geschwindigkeiten normalerweise träge ist, während es bei hohen Geschwindigkeiten normalerweise anspricht. Wenn jedoch die Verstärkung des Steuerknüpptllage- oder Verschiebungssignals geeicht ist, um die Niedriggtgöhwindigkeits-Anspreehkennwerte im
0098U/M&3 */% :
erforderlichen Ausmaß zu verbessern, um so die gewünschten Flugzeugansprecherfordernisse
zu erreichen, so ist normalerweise das Pseudo-Steuerknüppelsignal, bei hohen Flugzeuggeschwindigkeiten
zu groß. Dies bewirkt, daß das Flugzeug bei Manövern · bei hohen Geschwindigkeiten überempfindlich ist, was durch ein
Darüberhinausschiessen beim "g" Ansprechen auf Pilotenmanövrierbefehle
deutlich wird, obwohl das Flugzeug grundsätzlich gut .
gedämpft ist.
: ■■'■-■' .'■ ■'., ■ <
Zur Beseitigung der Tendenz nach Überempfindlichkeit bei hohen
Geschwindigkeiten, wird ein 'oteuerknüppell.raftsi.'-nal von einem
Kraftfühler 21 erzeugt, ■der mit den "Steuerknüppel 1 gekuppelt
ist und der ein Kraftsignal proportional der Kraft erzeugt, die
durch den Piloten an neu Steuerknüppel 1 u-.velegt wiret. Die Verwendung
>ies Lraf uyigr.als 'v-rünäet nick au' .VIe Tatnaehe, ύα,?, «ie
mit de.:i .Kaiiövrlerf-lui: verbundenen knarrei.-rafte sehr schnell
nit der ueschwindig^eit des J1IiI.-seu.res ansteigeu. Da aie Lnüppelkräfte
bei hoher Geschwinäifs.eit koch sintl und die Größe uer knüppelbewejung
eei hohen Gescliv/iniif'. eisen λ: er inrer ist als bei '
niedrigen öeseliwindi·/. eiten -für I-ia::iralni-a::ö-ver, wird die ^uto:."(a-
■ .tische Koir.pencation-aes knüppeisi."nr.l3 daaurch erreicht, aaß man
■ ixn das Knüppelkraftrignal \~on den: Knüppellagesignal subtrahiert,
um ein gröiseret· Ausmaß an «JeschwindijSieitsv-oinpensation. für dns
Pseudo-Steuei'kmippelsteuersyster. über einer, großen 3ereich von
Flugzeuggeschwindigkeiten cu erkalten. Das Knüppelkraftsignal
vom Kraftfühler 21 läuft durch einen Filter in Form eines Versögerungsnetzwerkes,
22, bevor es von dem Knüppellagesignal in
einem algebraischen Sumier-Verstürker 23 subtrahiert wird. Das
resultierende Signal vom Verstärker 2 3 gelangt dann durch einen
"wash - out" -Kreis in der Form eines Kondensators 24, der
das resultierende Signal nach einem vorbestimmten Zeitintervall
"auswäscht" um die ilotwendigkeit für eine Langzeit-Trimmeinstellung
auszuschließen, Das resultierende Signal wird sodann über
ein Nacheilfilternetzwerk 25 an den algebraischen Sunimierverstärker
15 angelegt und zwar in Gegenwirkung zu dem LängSneigungsbewegungsaämpiungseingangssignal.
Me Kombination der Pseudo-Steuerknüppelsteuereagnale in der Form
von Lage- und ILraftknüppelsignalen entgegengesetzt zu den·Dämpfungssignalen kompensiert- wie gezeigt - die Trägheit bei niedrigen Geschwindigkeiten
und eliminiert das "g" überschießen, welches mit
dem Flugzeuransprechen bei hohen Geschwindigkeiten verbunden ist
und zwar erfolgt dies auf verhältnisraässig einfache Ueise, ohne
die Komplexität der Plugzeugsteuersysteme merklich zu vergrößern.
Patentansprüche:
0098 ΙΑ/119 3
BAD ORiGiNAL
Claims (3)
1. Plugsteuersystem für ein Plugzeug, bei welchem ein von
Hand betätigbarer Steuerknüppel und ein Dämpfungssystem zur
Vergrößerung der Stabilität des Plugzeugs um mindestens eine Achse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Steuerknüppel (1) eine Lageabfühlvorrichtung (20)
gekuppelt ist um ein die Verschiebung des Steuerknüppels gegenüber einer vorgegebenen Lage darstellendes Lagesignal
su erzeugen, daß mit dein Steuerknüppel (1) ferner Lraftabfühlvorrichtungen
(21) gekuppelt sind, um ein die an den Steuerknüppel (1) angelegte Kraft darstellendes Kraftsignal
zu erzeugen, und daß eine auf die Lage-und Kraftsignale ansprechende Summiervorrichtung vorgesehen ist, um entsprechend
der dazwischen auftretenden Differenz ein resultierendes Steuersignal zu erzeugen, wobei die Anordnung derart ausgebildet ist,
daß in einem vorgegebenen Bereich von Plugzeuggeschwindigkeiten das Lagesignal in erster Linie v/irksam ist und daß oberhalb
dieses Bereiches das Kraftsignal zunehmend wirksam wird. i
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Summiervorrichtung (5) eine Auswasch-Schaltung
auf v/eist, die auf das resultierende Steuersignal anspricht, um seine Wirksamkeit nach einem vorbestimmten Zeitintervall
au eliminieren und um Langzeiteinstellungen des Steuersystems
zu vermeiden.
009814/1193
3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte (reschwindigkeitsbereich
eine verhäl tnisiaUssig niedrige Fluggeschwindigkeit überdeckt,
wodurch zum Manövrieren bei höheren Geschwindigkeiten eine wachsende Pilotenkraft erforderlich ist, jedoch mit einer
geringeren Verschiebung des Steuerknüppels.
4· Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sumniervorrichtungen eine erste
algebraische Summiervorrichtung zur Ableitung des resultierenden Steuersignals und zweite algebraische Summiervorrichtungen aufweist, die auf Signale von dem Däapfungssystem und auf das erwähnte resultierende bteuersysten anspricht, um ein End-Steuersignal entsprechend der Differenz zwischen diesen zu erzeugen.
algebraische Summiervorrichtung zur Ableitung des resultierenden Steuersignals und zweite algebraische Summiervorrichtungen aufweist, die auf Signale von dem Däapfungssystem und auf das erwähnte resultierende bteuersysten anspricht, um ein End-Steuersignal entsprechend der Differenz zwischen diesen zu erzeugen.
0098U/1 193
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US63980767A | 1967-05-19 | 1967-05-19 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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GB (1) | GB1171058A (de) |
Families Citing this family (8)
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JPS5218355B1 (de) * | 1971-02-18 | 1977-05-20 | ||
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1968
- 1968-04-29 GB GB20122/68A patent/GB1171058A/en not_active Expired
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