DE19719591A1 - Passiver Steuerknüppel für Flugzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen passiven Steuerknüppel für Flugzeuge, bei welchem bei einer Auslenkung des Steuerknüppels aus einer Ausgangsstellung durch Federglieder eine von der Auslenkung des Steuerknüppels abhängige Rückstellkraft erzeugbar ist und bei welchem Dämpfungsmittel zur Dämpfung der Rückbewegung des Steuerknüppels in die Ausgangsstellung vorgesehen sind.

Die Bewegung passiver Steuerknüppel wird durch Abgriffe abgetastet und in Steuersignale umgesetzt. Auf den Steuerknüppel würde dabei praktisch keine Kraft wirken. Damit hätte aber der Pilot auch kein "Gefühl" für die Größe des von ihm über den Steuerknüppel gegebene Steuersignals. Daher sind Federglieder oder andere krafterzeugende Mittel vorgesehen, welche auf den Steuerknüppel eine von der Auslenkung aus einer Ausgangslage abhängige Rückstellkraft ausüben. Diese krafterzeugenden Mittel haben üblicherweise eine nichtlineare und häufig zur Ausgangslage unsymmetrische Kennlinie. Beim Loslassen des Steuerknüppels würde dieser ungedämpft in die Ausgangslage zurückgeführt. Es würden unzulässige Schwingungen auftreten. Deshalb sind Dämpfungsmittel vorgesehen, welche die Bewegung des Steuerknüppels dämpfen.

An solche Dämpfungsmittel werden besondere Anforderungen gestellt. Die Dämpfungsmittel müssen ein temperaturkonstantes Verhalten zeigen. Die durch die Federglieder erzeugten Rückstellkräfte dürfen durch die Dämpfungsmittel nicht beeinflußt werden. Der Steuerknüppel soll sich nach dem Loslassen schnell und ohne Überschwingen in seine Ausgangsstellung zurückstellen. Zum Erreichen der Ausgangsstellung soll nur minimale Reibung zu überwinden sein. Es dürfen keine Slip-Stick-Effekte auftreten. Die Dämpfungsmittel sollen hohe Ausfallsicherheit zeigen.

Bekannte Dämpfungsmittel für diese Zwecke sind "Ölbremsen", die während der Bewegung des Steuerknüppels eine ständige und gleichbleibende Dämpfung verursachen. Die Ölbremsen haben in beiden Bewegungsrichtung die gleiche Dämpfungskonstante. Die Ölbremsen erfordern genaue Kolbenpassungen in einem Zylinder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Dämpfungs- Verhalten von passiven Steuerknüppeln der eingangs genannten Art zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dämpfungsmittel eine nicht-lineare Dämpfungs-Kennlinie aufweisen.

Es ist dann möglich, daß die Dämpfungsmittel relativ kleine Dämpfung für große Auslenkungen des Steuerknüppels und relativ große Dämpfung für kleine Auslenkungen des Steuerknüppels bewirken.

Dann wird die Bewegung des Steuerknüppels bei größeren Auslenkungen nur wenig durch die Dämpfung beeinflußt. Beim Rückstellen in die Ausgangsstellung wird jedoch eine starke Dämpfung wirksam, die ein Überschwingen verhindert.

Es ist auch möglich, daß die Dämpfungsmittel eine in bezug auf die Ausgangsstellung unsymmetrische Kennlinie aufweisen, entsprechend einer unsymmetrischen Kennlinie der Federglieder etwa für "Ziehen" und "Drücken" des Steuerknüppels.

Die Dämpfungsmittel können einen Zylinder mit einem Dämpfungsmedium enthalten, der eine Einschnürung bildet und in welchem ein mit dem Steuerknüppel gekoppelter Dämpfungskörper von variablem Querschnitt geführt ist, der mit der Einschnürung des Zylinders einen hubabhängigen Drossel-Querschnitt bildet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 5 bis 11.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht - teilweise im Schnitt - eines Steuerknüppels mit nichtlinearen Dämpfungsmitteln.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Steuerknüppels von Fig. 1, ebenfalls teilweise im Schnitt.

Fig. 3 zeigt einen Zylinder mit Zylinderring und Dämpfungskörper in der Ausgangsstellung des Steuerknüppels, d. h. bei zentriertem Dämpfungskörper.

Fig. 4 zeigt die Anordnung von Fig. 4 bei ausgelenktem Steuerknüppel.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des Dämpfungskörpers.

In Fig. 1 und 2 ist mit 10 ein Steuerknüppel bezeichnet. Der Steuerknüppel 10 ist relativ zu einem Gehäuse 12 in zwei Richtungen verschwenkbar, wie in Fig. 1 und 2 gestrichelt angedeutet ist.

An einem Rahmenteil 14 ist eine Welle 16 in Lagern 18 und 20 drehbar gelagert. Mit der Welle 16 ist an einem ersten, in Fig. 2 linken Ende ein doppelarmiger Hebel 22 verbunden. Auf einem zweiten, in Fig. 2 rechten Ende der Welle 16 sitzt ein Steuerknüppel-Teil 23 des Steuerknüppels 10. Der Steuerknüppel 10 ist daher relativ zu dem Rahmenteil 14 um die Achse 24 der Welle 16 verschwenkbar.

Wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist, ist der Rahmenteil 14 wiederum in einem gehäusefesten Teil 26 um eine Achse 28 verschwenkbar, welche die Achse 24 der Welle 16 senkrecht schneidet. In Fig. 2 verläuft die Achse 28 senkrecht zur Papierebene. Dadurch ist der Steuerknüppel 10 um den Schnittpunkt der beiden Achsen 24 und 28 relativ zu dem Gehäuse 12 allseitig verschwenkbar gelagert.

Der Rahmenteil 14 weist einen nach unten in Fig. 1 ragenden Mittelteil 30 und einen am unteren Ende des Mittelteils 30 vorgesehenen Querbalken 32 auf. Der Querbalken 32 erstreckt sich in der Ausgangsstellung von Fig. 1 parallel zu dem doppelarmigen Hebel 22.

Ein Zylinder 34 mit Federgliedern ist einerseits an einem Arm 36 des Querbalkens 32 und andererseits an einem Arm 38 des doppelarmigen Hebels angelenkt. An dem zweiten Arm 40 des Querbalkens 32 und dem zweiten Arm 42 des doppelarmigen Hebels 22 ist ein Dämpfungsglied 44 angelenkt.

Das Dämpfungsglied 44 enthält einen Zylinder 46. Der Zylinder 46 ist an seinem dem Querbalken zugewandten Ende durch eine Stirnwand 48 abgeschlossen. An seinem dem doppelarmigen Hebel zugewandten Ende ist der Zylinder 46 durch ein Kopfstück 50 abgeschlossen. In der Stirnwand 48 ist eine zu der Zylinderbohrung gleichachsige Bohrung 52 vorgesehen. Das Kopfstück 50 weist eine damit fluchtende Bohrung 54 auf. In dem Zylinder sitzt ein Zylinderring 56. Der Zylinderring 56 ist in dem Zylinder 46 durch eine eingeschraubte Hülse 58 gehalten. Die Hülse 58 sitzt in einem Abschnitt verminderter Wandstärke des Zylinders 46. Die Innenwandung des Zylinders 46 bildet eine Ringschulter, auf welcher der Zylinderring 56 aufsitzt. Zwischen der Ringschulter und der Hülse 58 ist der Zylinderring 56 gehalten.

In dem Zylinder 46 ist ein Dämpfungskörper 60 längsbeweglich geführt. Der Dämpfungskörper 60 bildet eine Verdickung einer Kolbenstange 62, die mit einem ersten, in Fig. 1 unteren, Ende in der Bohrung 52 und mit dem zweiten, in Fig. 1 oberen, Ende in der Bohrung 54 geführt ist. Der Zylinder 46 ist an dem Arm 40 des Querbalkens 32 angelenkt. Die Kolbenstange 62 ist mit dem zweiten Ende an dem Arm 42 des doppelarmigen Hebels 22 angelenkt.

Der Zylinder ist mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt.

In Fig. 4 und 5 ist ein solches Dämpfungsglied 60 im einzelnen dargestellt. Bei der Ausführung nach Fig. 4 und 5 weist der Dämpfungskörper 60 einen schmalen, zylindrischen Mittelabschnitt 64 und zwei sich zu den beiden Enden hin konisch verjüngende Endabschnitte 66 und 68 auf. Die Endabschnitte 66 und 68 sind kegelstumpfförmig. In der Mittel- oder Ausgangsstellung von Fig. 4 bildet der Mittelabschnitt 64 mit dem Zylinderring 56 einen engen Spalt. In Fig. 5 ist der Dämpfungskörper seitlich gegenüber dem Zylinderring 56 ausgelenkt. Dabei ist zwischen dem Dämpfungskörper 60 und dem Zylinderring ein breiterer Spalt gebildet. Die Dämpfung ist dann geringer.

Der Rahmenteil 14 ist um die Achse 28 verschwenkbar. Der Zylinder 34 mit den Federgliedern und das Dämpfungsglied 60 werden dabei mitverschwenkt. Die Federglieder und das Dämpfungsglied 60 werden daher nur wirksam bei einer Auslenkung des Steuerknüppels 10 in der Papierebene von Fig. 1. Dann wird nämlich der doppelarmige Hebel 22 verschwenkt, und dementsprechend wird z. B. der Zylinder 34 mit seiner Kolbenstange auseinandergezogen. Die Kolbenstange 62 des Zylinders 44 wird dagegen in den Zylinder hineinbewegt.

Die Verschwenkung des Rahmenteils 14 erfolgt dadurch, daß der auf der Welle 16 sitzende Steuerknüppelteil 23 parallel zu der Papierebene von Fig. 2 verschwenkt wird, wie in Fig. 2 angedeutet ist.

Auch der Rahmenteil 14 ist durch einen (nicht sichtbaren) Zylinder mit einem Federpaket an eine Ausgangsstellung gefesselt und durch ein Dämpfungsglied 70 gedämpft. Das Dämpfungsglied 70 ist einerseits an dem gehäusefesten Teil 26 und andererseits (in nicht dargestellter Weise) an dem Rahmenteil 14 angelenkt.

Das Dämpfungsglied 70 ist ähnlich aufgebaut wie das Dämpfungsglied 44. Das Dämpfungsglied 70 enthält einen Zylinder 72. Der Zylinder 72 ist an einem Ende an dem Teil 26 angelenkt. Eine an beiden Enden geführte Kolbenstange 74 ist durch eine Bohrung in einem Kopfstück 76 aus dem Zylinder 72 herausgeführt und an dem Rahmenteil 14 angelenkt. Die Kolbenstange 74 bildet einen Dämpfungskörper 78 von doppelkonischer Grundform. Der Dämpfungskörper 78 wirkt mit einem Zylinderring 80 zusammen.

Bei den Auslenkungen des Steuerknüppels 10 aus einer Ausgangs- oder Nullstellung entweder in der Papierebene von Fig. 1 oder in der Papierebene von Fig. 2 (oder in beiden Richtungen gleichzeitig) wirkt auf den Steuerknüppel 10 jeweils eine von der Auslenkung abhängige Rückstell- oder Gegenkraft. Diese Kraft wird von den Federpaketen erzeugt und gibt dem Piloten ein Gefühl für den Grad der Auslenkung und das dadurch erzeugte Steuersignal. Die Kennlinien der Federpakete sind in der Regel nicht-linear. Die Kennlinien sind u.u. auch unsymmetrisch mit Bezug auf die Ausgangsstellung des Steuerknüppels. Die Kraft wird durch die Dämpfungsglieder praktisch nicht beeinflußt. Bei einer Auslenkung des Steuerhebels aus der Ausgangsstellung wird der Spalt zwischen dem Zylinderring 56 bzw. 80 und dem Dämpfungskörper 60 bzw. 78 erweitert. Die Dämpfung wird reduziert. Wird der Steuerknüppel 10 losgelassen, dann wird er durch die Federpakete in die Ausgangsstellung zurückgeführt. Dabei nimmt die Dämpfung bei Annäherung an die Ausgangsstellung progressiv zu. Ein Überschwingen des Steuerhebels 10 wird dadurch ausgeschlossen. Andererseits kann die Auslegung so sein, daß der Steuerknüppel 10 zügig und ohne Kriechen oder Slip-Stick-Effekte die Ausgangsstellung erreicht.

Der Verlauf der Dämpfung kann durch die Form des Dämpfungskörpers 60 oder 78 bestimmt werden. In Fig. 5 ist ein Dämpfungskörper 82 dargestellt, dessen Endabschnitte sich konvex, also stärker als ein Kegel, verjüngen. Der Mittelabschnitt ist dabei nur noch eine Kante 84.

Die Abgriffe für die Bewegung des Steuerknüppels 10 sind in bekannter Weise ausgebildet und angeordnet und daher hier nicht im einzelnen beschrieben.

Claims (11)

1. Passiver Steuerknüppel für Flugzeuge, bei welchem bei einer Auslenkung des Steuerknüppels (10) aus einer Ausgangsstellung durch Federglieder eine von der Auslenkung des Steuerknüppels (10) abhängige Rückstellkraft erzeugbar ist und bei welchem Dämpfungsmittel (44; 70) zur Dämpfung der Rückbewegung des Steuerknüppels (10) in die Ausgangsstellung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (44; 70) eine nicht-lineare Dämpfungs- Kennlinie aufweisen.

2. Passiver Steuerknüppel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (44; 70) relativ kleine Dämpfung für große Auslenkungen des Steuerknüppels (10) und relativ große Dämpfung für kleine Auslenkungen des Steuerknüppels (10) bewirken.

3. Passiver Steuerknüppel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (44; 70) eine in bezug auf die Ausgangsstellung unsymmetrische Kennlinie aufweisen.

4. Passiver Steuerknüppel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmittel (44) einen Zylinder (46) mit einem Dämpfungsmedium enthalten, der eine Einschnürung (56) bildet und in welchem ein mit dem Steuerknüppel (10) gekoppelter Dämpfungskörper (60) von über seine Länge variablem Querschnitt geführt ist, der mit der Einschnürung (56) des Zylinders (46) einen hubabhängigen Drossel- Querschnitt bildet.

5. Passiver Steuerknüppel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Einschnürung von einem Zylinderring (56) in einem Mittelbereich des Zylinders (46) gebildet ist und
• b) der Dämpfungskörper (60) eine Verdickung einer Kolbenstange (62) bildet, die in den beiden Stirnseiten des Zylinders (46) verschiebbar geführt ist.

6. Passiver Steuerknüppel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskörper (60) einen Mittelabschnitt (64) aufweist, der in einer Mittelstellung des Dämpfungskörpers (60) mit dem Zylinderring (56) einen Spalt bildet, und auf beiden Seiten daran anschließende, sich zu den Enden hin verjüngende Endabschnitte (66, 68).

7. Passiver Steuerknüppel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (66, 68) des Dämpfungskörpers (60) im wesentlichen kegelstumpfförmig sind.

8. Passiver Steuerknüppel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte des Dämpfungskörpers (82) im Längsschnitt schwach konkav sind.

9. Passiver Steuerknüppel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Steuerknüppel (10) mit einem doppelarmigen, um eine Schwenkachse (24) schwenkbar gelagerten Hebel (22) verbunden ist und
• b) die Federglieder zur Erzeugung der Rückstellkraft an einem ersten Hebelarm (38) des doppelarmigen Hebels (22) angreifen und
• c) die Dämpfungsmittel (44) an einem zweiten Hebelarm (42) des doppelarmigen Hebels (22) angreifen.

10. Passiver Steuerknüppel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der doppelarmige Hebel (22) mit einer Welle (16) verbunden ist, die in einem Rahmenteil (14) um eine erste Schwenkachse (24) drehbar gelagert ist und
• b) der Rahmenteil (14) seinerseits um eine die ersten Schwenkachse (24) senkrecht schneidende zweite Schwenkachse (28) in einem gehäusefesten Teil (26) schwenkbar gelagert ist.

11. Passiver Steuerknüppel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmenteil (14) seinerseits über eine Rückstellkraft erzeugende Federglieder und über zweite Dämpfungsmittel (70) mit dem Gehäuse (12) verbunden ist.