DE1800866A1

DE1800866A1 - Hydraulischer Stellantrieb,insbesondere fuer die Steuerung von Luft- und Raumfahrzeugen

Info

Publication number: DE1800866A1
Application number: DE19681800866
Authority: DE
Inventors: Boss Hom Diethard
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1968-10-03
Filing date: 1968-10-03
Publication date: 1970-06-11
Also published as: DE1800866B2; DE1800866C3; FR2022216A1; GB1225937A

Description

30. Sept. I968

ENTVICKLUN-ffSRING SUB GMBE
MÜNCHEN

Hydraulischer Stellantrieb, insbesondere für die Steuerung von Luft» und Raumfahrzeugen.

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stellantrieb, insbesondere für die Steuerung von Luft- und Raumfahrzeugen, mit einer elektrohydraulischen Ansteuerung eines hydraulischen Stellkolbens für den Normalhetrieb, sowie einer parallel geschalteten mechanischen Ansteuerung, welche bei Ausfall der elektro-hydraulischen Ansteuerung über eine Fehlerüberwachungseinrichtung eingeschaltet wird.

Die elektro-hydraulische Ansteuerung stellt dabei eine moderne und leistungsfähige Einrichtung für den Normalbetrieb dar, bei der beispielsweise die Zuordnung von Steuerkommando und Ruderausschlag in Abhängigkeit vom Staudruck oder anderen Plugparametern über Regler verändert werden können, während die mechanische Ansteuerung als Ersatz bei Ausfall der elektro-hydraulischen Steuerung dient und so ausgelegt ist, daß eine sichere Landung des Pluggerätes gewährleistet ist.

Herkömmliche Plugsteuerungen verwenden für das Reglersignal einen elektrohydraulischen Stellkolben, dessen mechanischer Ausgang mit dem mechanischen Pilotensignal addiert wird und damit den hydraulischen Stellantrieb steuert. Bei einer derartigen Einrichtung, bei der beide Syeteme stets gleichzeitig den Stellantrieb ansteuern, geht die mechanische Lose in die elektrische Steuerung ein, und bei Bruch des mechanischen Gestänges geht auch die elektrische Steuerung verloren.

Es ist auch bereits eine Steuerung bekannt geworden, bei der nach dor eingangs beschriebenen Art das elektro-hydraulische Syatem von dam mechanischen System getrennt ist, eodaß kelno Qe*tHn$%lo%w vii/kaaa vat \<m I <un und bei Beschädigung bzw, Druch άύϋ (toelanges die e.Ltfkteo-hyurii'i.f i 5 -in

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Steuerung noch arbeitet. E3 ist jedoch bisher nicht gelungen, eine derartige Steuerung so aufzubauen, daß bei allen Steuerstellungen der Übergang von der elektrischen zur mechanischen Ansteuerung ohne Ruck vor sich geht, vielmehr ist ein ruckfreier Übergang nur in einer bestimmten Steuerstellung möglioh. Außerdem liegt eine Gefahr dieser Bekannten Steuerung darin, daß mit dem Übergang von der die verschiedensten Flugparameter berücksichtigenden elektrischen Steuerung zur mechanischen Steuerung in der Regel eine Vergrößerung des Ausschlages der Steuerflächen etc. verbunden ist, was insbesondere beim Hoehgeschwindigkeits-» oder Tiefflug au unkontrollierbaren Flugzuständen führen kana.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei Ausfall der elektrischen Steuerung einen ruckfreien Übergang zur mechanischen Steuerung in allen Steuerstellungen erlaubt, und welche dem Piloten nach dem Umschalten eine Sicherheitsfrist gewährt, innerhalb derer er das Pluggerät nicht übersteuern kann.

Biese Aufgabe ist erfindungsgemäß daduroh gelöst, daß das Signalausgangsgestänge der mechanischen Ansteuerung sich in zwei über ein Hebelgestänge miteinander verbundene Steuerstangen aufteilt, deren erste in an sich bekannter Weise zur Betätigung eines Steuerschiebers zur Ansteuerung des Stellkolbens dient und deren Zweite einen während des Normaibetriebes frax beweglichen Trimmkolben trägt, wobei beiden Steuarstangen je eine Verrieeelungakupplung angeordnet ist, welohe während doa Normalbetriebes die erste Steueratange in einer Süllago blockieren und die awoita Steuerstange fi'oiiiobdnjW-ü-hrond luß lotbötriabea jadooh die awaita Steuerstand© blookieran

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Eine derartige Anordnimg erlaub* dem mechanischen Gestänge im Normalbetrieb einerseits eine Iieerleufbewegung über die freibewegliche zweite Steuerstange, während andererseits der eigentliche Steuerschieber stillgelegt ist. Während des Äotbetriebes bildet jedoch die sweite Steuerstange über den Trimmkolben und die zugehörige Verriegelungskupplung einen definierten Festpunkt, auf dem sich das mechanische Steuergestänge abstützen kann. An den Stellkolben wird im Augenblick des Umschaltens unabhängig von der Stellung beispielsweise des Steuerknüppels das am Steuerschieber fest eingestellte Steuersignal weitergegeben. Erst mit der zeitlich verzögerten Verschiebung des Trimmkolbens in eine Sollage stellt sich im Züsamme»irken mit der mechanischen Rückführung eine Gleichgewichtslage el%, bei der der Steuerbefehl und die Stellung der Steuermittel, also beispielsweise der Flugzeugruder, wieder übereinstimmen,

Nach einem Merkmal der Erfindung werden d.e Terj.isg,, lungekupplungen während des ITormalbetriöbes durch einen von der Sahlerüberwaehungseinrichtung gesteuerten Halteöldruck entgegen der Kr&f- van Federn in ihrer Sollage gehalten. Das dazu erforderliche Drucks1 vird aus dem ohnehin vorhandenen Hydraulikkreis für den Stellantrieb entommen. Die Fehlerüberwachungseinrichtung kann in bekannter '«eise elektrisch oder aus hydraulischen Logikelementen aufgebaut sein.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verriegelungskupplungen jeweils aus zwei koaxial zu den Steuerstangen angeordneten Kupplungskolben bestehen, welche eich in der verriegelnden S₊ellung gegen einen Bund oder dgl. der Steuerstangen anlegen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Trimmkolben in einem Zylinder angeordnet, dessen beide durch die Kupplungskolben begrenzten

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Kammern mit dem ©!rücklauf des hydraulischen Kreises derart verbunden sind, daß die Terbindung bei einer geringfügigen Bewegung der Kupplungskolben unterbrochen wird, wobei ein zeitlich definierter Abbau des Druckes in den--Kammern über in ien Kupplungskolben angeordnete Droseelbl enden erfolgt.

Bei einem Zusammenbrechen dec Haltedruckes für die Verriegelungskupplung als Folge eines Fehlers in der elektrischen Ansteuerung werden die beiden Kupplungskolben durch die Federn solange verschoben, bis sie die Verbindungsöffnungen zum Rücklauf versperren. Der Trimmkolben wird durch das in den Kammern befindliche Öl in der Lage, welche er gerade innehat, zunächst hydraulisch eingespannt und fixiert. Unter dem Druck der Federn werden die Kupplungskolben sodann weiter verschoben, wobei das in den Kammern befindliche Öl durch die Drosselblenden in einer definierten Zeit verdrängt wird, bis die Kupplungskolben den Trimmkolben in der Neutralstellung fixieren.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung nimmt der Steuerschieber in seiner blockierten Lage während des Normalbetriebes eine definierte Steuerstellung ein. Diese Steuerstellung ist gewissermaßen für den Notfall vorprogrammiert und kommt im Augenblick des Ausfalles der elektrischen Ansteuerung zum Tragen, sodaß das Fluggerät unabhängig von der Reaktionszeit dee Piloten ein bestimmtes, sicheres Flugmanöver durchführt.

Weiterhin ist insbesondere für die Höhensteuerung eines Flugzeuges erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Steuerschieber während des Normalbetriebes eine Steuerstellung im Sinne einer Abfangbewegung einnimmt. Der Steueraueschiag ist so bemessen, daß beispielsweise bei Höchstgeschwindigkeit der kritische Abfangfall nicht überschritten wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeiohnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.

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Die Zeichnung zeigt sohematisch den Aufbau einer Höhenruder-Steuerung für Plugzeuge, bei der zur Übertragung der am Steuerknüppel 1 eingeleiteten Steuersignale zum hydraulischen Stellantrieb 5 sowohl ein elektrisches als auch ein mechanisches Ansteuerungssystem vorgesehen sind. Im Normalbetrieb arbeitet das mechanische System im Leerlauf, während das elektrische System die Steuerung übernimmt. Über den Steuerknüppel 1 betätigt der Pilot den elektrischen Geber 2, dessen Ausgang mit dem Eingang des Flugregiere 3 verbunden ist. Die elektrischen Ausgangesignale des Flugreglers 3 werden in einen elektro-hydraulischen Servo-Ventilblock 4 eingegeben, wo sie in f die hydraulischen Signale zur Ansteuerung des Stellantriebes 5 umgewandelt werden. Zwischen dem Servo-Ventilblock und dem Stellantrieb ist ein Systemumschalter 6 angeordnet, welcher das jeweils in Funktion befindliche Ansteuerungssystem einschaltet und das andere sperrt. Dieser Systemumsohalter wird seinerseits von einer hydraulischen Fehlerüberwachungeeinheit 7t welche die Funktion des Servo-Ventilbloekes überwacht, angesteuert·

Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ausschlag am Steuerknüppel 1 und dem Ausschlag der durch den Stellantrieb betätigten Ruderfläche 8 kann durch Wirkung des Flugreglers 3 ia Abhängigkeit von der Flugdynamik ver- ( ändert werden, wie durch die Flugdatenerfassungeeinheit 9 sohematisch angedeutet wurde. Durch die Reglerwirkung kann beispielsweise bei konstantem Knüppelausschlag der Ausschlag an der Steuerfläche mit zunehmendem Staudruck verringert werden.

Weiterhin let ein Autopilot 10 sowie eine elektrische Rückführung 11 vorgesehen, deren Signale in einem Sumraierungspunkt 12 mit dem Ausgangesignal des Flugregiere 3 summiert werden.

Bei Normalbetriebj d.h. also bei elektrischer Steuerung, arbeitet das mechanisch· System im Leerlauf, Die Stoßstange I3 überträgt die Bewegungen

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- des.Steuerknüppels 1 auf den Hebel I4» an dessen einem Endpunkt 15 die mechanische Rückführung l6, und an dessen andefem Endpunkt 17 das Signaleingangsgestange 13 angelenkt ist. Bit dem zweiarmigen Hebel 19 sind 2 Steuerstangen gelenkig verbunden, deren erste Steuerstange 20 zur Betätigung des Steuerschiebers 21 dient, während die zweite Steuerstange 23 den Trimmkolben 24 trägt. Der Steuerstange 20 ist eine Verriegelungskupplung JO, 3Ι, der Steuerstange 23 eine Verriegelungskupplung 25» 26 zugeordnet. Seide Verriegelungskupplungen sind in'der Stellung gezeigt, welche sie bei Normalbe-

^ trieb einnehmen. Duron den von der Fehlerüberwachungseinrichtung 7 gesteuerten Haltedruck wird die Verriegelungskupplung 30» 31 in ihrer geschlossenen Lage, die Verriegelungskupplung 25» 26 in ihrer geöffneten Lage festgehalten. Der Gele'nkpunkt 27 stellt auf diese Weise einen festen Drehpunkt für den Hebel 19 dar, während der Gelenkpunkt 28 frei beweglich ist. Der Trimmkolben 24 kann das in dan Kammern 29 befindliche Öl frei verdrängen, weil beide Kammern mit dem Rücklauf R des hydraulieohen Versorgungskreises verbunden sind. Auf diese Weise kann die durch den Flugregler 3 verursachte Differenz zwischen der Stellung des Steuerknüppels 1 und der Ruderfläohe 8 über die

^ Rückführung 16 und die Bewegung der Steueratange 23 ausgeglichen werden.

Der Steuer.¹ ■ '>.oer 21 wird durch die Verriegelungskupplung 25 in einer ausgelenkten Stellung festgehalten, α.ζ. derart, daß am Ausgang des Steuerschiebers ein Abfangsignal vorliegt.

Bei Ausfall der elektrischen Steuerung löst die Fehlerüberwaohungseinheit eine automatische Umschaltung vom elektrischen System auf das mechanische System aue. Durch den Zusammenbruch des am Ausgang der Fehlerüberwaohungseinheit 7 anliegenden Öldruckes sohaltet der Syatentumeohalter 6 die vom Steuersohieber 21 ausgehenden Steuerleitungen ©in und sperrt die vom Ventilblock 4 ausgehenden Steuerleitungen. Im Augenblick d@a Umsohaltana auf die mechanische Notsteuerung wird damit über den Steuesaohieber 21

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definierbares Signal im Sinne einer Abfangsteuerung an die RuderfISche 8

gegeben. - .

Hit dem Zusammenbruch des Haltedruckes, welcher die Verriegelungskupplungen in den in der Zeichnung dargestellten Lagen hält, ist die Yerriegelungekupplung 30» 31 und damit die Bewegung des Steuerschiebers 21 frei, und die Verriegelungskupplung 25» 26 fixiert den Trimmkolben 24 in der augenblicklichen Stellung. Dies geschieht in der Weise, daß die Kolben der Verriegelungekupplung 25» 26 zunächst unter Federdruck nach innen verschoben werden, bis t sie die Verbindungsöffnungen zum Rücklauf R überdecken und den Kolben mit der Kraft der Kupplungsfedern in das vorhandene Ölvolumen einspannen. Über die in den Kupplungskolben angeordneten Blenden 32 wird das eingespannte Öl-Volumen durch die Kraft der Kupplungsfedern in einer definierbaren Zeit ver----drängt. Dadurch wird der Trimmkolben 24 langsam in Mittelstellung gebracht und die durch die Reglerwirkung verursachte Differenz zwischen Steuerknüppel 1 und Ruderfläche 8, wie sie im Augenblick des Umschaltens gerade vorlag, wird beseitigt. Der Pilot kann diese langsame Trimmbewegung bequem ausgleichen,

Die Wirkungsweise der. gesamten Einrichtung ist also nach Vorbeschriebenem derart, daß für jede Steuerstellung des Steuerknüppels 1 bei Ausfall der elektrischen Steuerung das Ruder zunächst eine Stellung im Sinne einer Abfangbewegung einnimmt, wodurch insbesondere bei Tiefflugaufgaben der Pilot genügend Zeit erhält, sich auf die veränderte Lage einzustellen. Die durch den Regler 5 verursachte Differenz zwischen Knüppelsteilung und Ruderstellung wird zudem nicht ruckweise ausgeglichen, sondern in einer durch die Bemessung der Droaselblenden 32 bestimmbaren Zeitspanne.

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Claims

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Patentansprüche

1. Hydraulischer Stellantrieb, insbesondere für die; Steuerung von Luft- und Raumfahrzeugen.mit einer elektro-hydraulischen Ansteuerung eines hydraulischen Stellkalbens für den ITormalbe trieb, sowie einer parallel geschalteten, mechanischen Ansteuerung, welche bei Ausfall der elektrohydraulischen Ansteuerung über eine Fehlerüberwachungseinrichtung eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Signaleingangsgestänge (18) der mechanischen Ansteuerung sich in zwei über ein Hebelgestänge (19) miteinander verbundene Steuerstangen (20,25) aufteilt, deren erste zur Betätigung eines Steuerschiebers (21) zur Ansteuerung dee Stellkolbens (5) dient und deren zweite einen während des Normalbetriebes frei beweglichen Trimmkolben (25;2ό) ti?äg;t> wobei beiden Steueretangen Je eine Verriegelungskupplung· (25*26} 50,51) zugeordnet ist, welche während des Normalbetriebes die erste Steuerstange in einer Sollage blockieren und die zweite freigeben, während des Notbetriebes jedoch die zweite Steuerstange blockieren und die erste freigeben.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungskupplungen (25, 26; Jl, J2) während de ta Normalbetriebes durch einen von der Fehlerüberwachungseinrichtung (7) gesteuerten Halte-Öldruck entgegen der Kraft von Federn in ihrer Sollage gehalten werden.

5. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungskupplungen (25»26§31,32) jeweils aus zwei koaxial zu den Steuerstangen angeordneten Kupplungskolben bestehen, welche sioh in der verriegelnden Stellung gegen einen Bund oder dgl· der Steuer-• stangen anlegen.

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4. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet daß der Trimmkolben (24) in einem Zylinder angeordnet ist, dessen beide durch die Kupplungskolben begrenzte Kammern (29) mit dem Ölrüoklauf (R) des hydraulischen Kreises derart verbunden sind, daß die'Verbindung bei einer geringfügigen Bewegung der Kupplungskolben unterbrochen wird, wobei ein zeitlich definierter Abbau des Druckes in den Kammern über in den Kupplungskolben angeordnete Drosselblenden (52) erfolgt.

5» Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (2l) in seiner blockierten Lage während des Normalbetriebes ein© definierte Steuerstellung einnimmt.

6. Stellantrieb nach den Ansprüchen 1 und 5t insbesondere für die Höhen» steuerung eines Flugzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (21) während des Normalbetriebes eine Steuerstellung im Sinne einer Abfangbewegung einnimmt.

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