DE2249965B2 - Flugregler - Google Patents
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- G05D1/04—Control of altitude or depth
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- G05D1/0607—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft
- G05D1/0615—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft to counteract a perturbation, e.g. gust of wind
- G05D1/0638—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft to counteract a perturbation, e.g. gust of wind by combined action on the pitch and on the motors
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Description
Die Erfindung betrifft einen Flugregler zur Regelung der Flugbahn und des aerodynamischen Strömungszu-Standes,
z. B. der Fluggeschwindigkeit, von Flugzeugen mit einer Meßeinrichtung für die Flugzeugposition,
einer Meßeinrichtung für den aerodynamischen Strömungszustand, einem schubverändernden Stellglied und
wenigstens einem Stellglied für eine Steuerfläche des Flugzeuges, z. B. für das Höhenruder, mit Eingängen für
Führungsgrößen für Flugbahn und aerodynamischen Strömungszustand, mit Mitteln zur Bildung von
Regelabweichungssignalen aus den Signalen der Meßeinrichtungen und der zugeordneten Führungsgrößen
und mit Mitteln zur Steuerung der Stellglieder in Abhängigkeit von solchen Regelabweichungssignalen
im Sinne einer Verminderung der Regelabweichungen.
Bei üblichen Flugreglern sind getrennte Regelsysteme für den aerodynamischen Strömungszustand, also
z. B. die Fluggeschwindigkeit gegenüber der umgebenden Luft, und für die Flugbahn vorgesehen. Die
Fluggeschwindigkeit wird z. B. über den Staudruck gemessen und mit einer Führungsgröße verglichen. Das
Regelabweichungssignal beaufschlagt in einem Vortriebsregler ein Stellglied für die Gasdrossel und
bewirkt so eine Veränderung des Triebwerksschubs in einem der Fluggeschwindigkeits-Regelabweichung entgegenwirkenden
Sinne. Vollständig unabhängig davon arbeitet das Regelsystem für die Lageregelung und
Flugbahnregelung (Autopilot und Dämpfer).
Diese enthält eine Meßeinrichtung für die Position des Flugzeugs, z.B. einen Höhenmesser. Das so
erhaltene Signal wird mit einer Führungsgröße verglichen und das so gebildete Regelabweichungssignal
beaufschlagt einen Autopiloten, der über einen Stellmotor z. B. auf das Höhenruder einwirkt Bei einer
Höhen-Regelabweichung wird dann das Höhenruder betätigt, so daß das Flugzeug in Steig- oder Sinkflug
übergeht und damit die Regelabweichung korrigiert
Neben Autopilot, Dämpfer und Vortriebsregler wird in einigen Anwendungsfällen neuerdings zur Verbesserung
der Flugbahnregelung, zur Erhöhung der Aufsetzgenauigkeit und zur Reduktion der Passagier- und
Flugzeugzellenbelastung eine direkte Auftriebsregelung (DLC) vorgesehen, bei der z.B. Vertikalbeschleunigungs-
und Anstellwinkelsignale auf eine auftriebsverändernde Stellgröße (z. B. Auftriebsklappen, Spoiler)
aufgeschaltet werden.
Es ist weiterhin bekannt, auf den Vortriebsregler und
den Autopiloten zusätzliche Flugzustandsvariablen aufzuschalten, um das Regelverhalten zu verbessern. So
wird beispielsweise bei einem bekannten Vortriebsregler dem Regelabweichungssignal ein Signal von einem
Längsbeschleunigungsmesser entgegengeschaltet, um die Schubruhe zu verbessern. Wenn nämlich das
Flugzeug eine Bö von vorn erfährt, so daß sich vorübergehend die Relativgeschwindigkeit zwischen
Flugzeug und umgebender Luft erhöht, so wird damit gleichzeitig das Flugzeug gegen Grund verzögert, so
daß also ein negatives Beschleunigungssignal entsteht. Man kann diese Signale so aufeinander abstimmen, daß
sie sich kompensieren und der Regler auf solche Böen — ähnlich wie der menschliche Pilot — nicht mit einer
Gasdrosselverstellung reagiert (GB-PS 11 90 199).
Es werden auch bei anderen Vortriebsreglern Längsbeschleunigungssignale aufgeschaltet, um eine
Dämpfung der Regelung zu erhalten, wobei das Längsbeschleunigungssignal die sonst schwer zu bildende
Zeitableitung des Geschwindigkeitssignals ersetzt. Auf einen Autopiloten bzw. den Stellmotor für das
Höhenruder wird beispielsweise zur Dämpfung ein von einem Wendekreisel abgegriffenes, der Nickwinkelgeschwindigkeit
proportionales Signal aufgeschaltet.
Diese bekannten Flugregler bzw. Vortriebsregler, direkte Auftriebsregler und Autopiloten haben den
Nachteil, daß die apparatemäßig getrennten Regelsysteme für Fluggeschwindigkeit o. dgl. und Flugbahn
über das Verhalten des Flugzeugs miteinander verkoppelt sind. Ein Eingriff in dem einen Regelsystem bewirkt
eine Störung in dem anderen und umgekehrt. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Höhenmesser eine
in bezug auf die Sollhöhe zu große Höhe anzeigt. Der Autopilot setzt dann einen Sinkflug in Gang, um die
Sollhöhe wieder zu erreichen. Dabei wird aber potentielle Energie des Flugzeugs in kinetische Energie
umgesetzt, also die Fluggeschwindigkeit erhöht. Es tritt also durch die Korrektur der Regelabweichung in dem
Flugbahn-Regelsystem durch den Autopilot eine Störung des Fluggeschwindigkeits-Regelsystems auf. Dieser
Störung muß nun wieder durch einen Eingriff des Vortriebsreglers entgegengewirkt werden. Umgekehrt
bringt eine Schubveränderung in der Regel eine Änderung des Flugbahnwinkels, so daß das Flugzeug
steigt oder sinkt, also seine Bahn verändert. Es ist einleuchtend, daß eine solche Art von Regelung zu
größeren Regelabweichungen und geringer Dämpfung neigt Es ist außerordentlich schwierig, mit einem
solchen aus getrenntem Vortriebsregler und Autopiloten bestehenden Flugregler das Flugzeug bahn- und
geschwindigkeitsmäßig so genau unoi unabhängig zu s fuhren, wie es beispielsweise für eine automatische
STOL-Landung erforderlich ist.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es bekannt, auf den Vortriebsregler zusätzlich zu dem
Fluggeschwindigkeits-Regelabweichungssignal Au ein to Signal proportional zu der Vertikalbeschleunigung bzw.
der Beschleunigung in Richtung der Hochachse des Flugzeuges aufzuschalten. Diese bekannte Anordnung
(GB-PS 11 90198} geht von einem Flugzeugtyp aus, bei
welchem sich eine Schubänderung hauptsächlich auf die is Flugbahn und eine HöhenruderversteUung hauptsächlich auf die Fluggeschwindigkeit auswirkt Durch das der
Vertikalbeschleunigung h proportionale Signal wird eine Abweichung von der konstanten Flughöhe bzw.
einem geraden Gleitpfad festgestellt ui.d auf kürzestem Wege über den Vortriebsregter zur Bahnregelang
herangezogen. Auch bei dieser bekannten Anordnung ist ein getrennter Vortiiebsregler und ein Autopilot
vorgesehen, wobei der erstere nur auf die Gasdrossel und der andere nur auf das Höhenruder wirkt Es
ergeben sich auch dort die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten, die durch die zusätzliche Aufschaltung
der Vertikalbeschleunigung auf den Vortriebsregler nur
unzureichend und nur für den Sonderfall gerader, mit konstanter Geschwindigkeit geflogener Flugbahnen
gemildert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flugregler zu schaffen, der mit sehr guter Genauigkeit
eine vorgegebene, gegebenenfalls nichtlineare Flugbahn und vorgegebene Fluggeschwindigkeiten des
Flugzeuges einzuhalten vermag, und das bei großer Schubruhe und hohem Passagierkomfort
Der Flugregler soll den Einfluß der Fluggeschwindigkeitsregelung auf die Bahnregelung und umgekehrt
vermindern, der bei STOL-Flugzeugen mit großen Auftriebsbeiwerten besonders groß ist
Erfindungsgemäß wird das bei einem Flugregler der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß sowohl
das schubverändernde Stellglied als auch das Stellglied für die Steuerfläche von einer die gegenseitige
Beeinflussung der Regelgrößen vermindernden Kombination der Regelabweichungen von Flugbahn und
aerodynamischem Strömungszustand beaufschlagt ist
Es wird fclso nach der Erfindung ein integrierter
Flugregler vorgesehen, der gleichermaßen Flüggeschwindigkeit und Flugbahn regelt wobei die apparative Trennung zwischen Vortriebsregler, Autopilot und
ggf. direkter Auftriebsregelung aufgegeben wird. Die
Erfindung geht dabei von folgender Überlegung aus:
Schaltet man das Regelabweichungssignal für die Flugbahn (z. B. die Höhenabweichung) nur auf das
Stellglied für die zugehörige Steuerfläche (z. B. das Höhenruder), dann wird dadurch, wie oben geschildert
wurde, außer der Flugbahn auch der aerodynamische Strömungszustand (z. B. die Fluggeschwindigkeit) beeinflußt Schaltet man andererseits das Regelabweichungssignal nur auf das schubbestimmende Stellglied
(Gasdrossel), so beeinflußt das einmal ebenfalls die Flugbahn und zum anderen die Fluggeschwindigkeit.
Das Signal von der Meßeinrichtung für die Flugbahn beeinflußt daher sowohl bei Aufschaltung auf das
schubbestimmende Stellglied als auch bei Aufschaltung auf das Stellglied für z. B. das Höhenruder auch den
aerodynamischen Strömungszustand wie die Fluggeschwindigkeit Wenn man nun das Regelabweichungssignal für die Flugbahn mit geeigneten Faktoren und
geeignetem Vorzeichen gleichzeitig auf das schubbestimmende Stellglied und avf das Stellglied für die
entsprechende Steuerfläche (Höhenruder) aufschaltet, dann kann man erreichen, daß sich die beiden Einflüsse
des Flugbahn-Regelabweichungssignals auf den aerodynamischen Strömungszustand gerade ganz oder weitgehend kompensieren, der kombinierte Eingriff also
keinen Einfluß auf die Größe (Fluggeschwindigkeit) hat Ein resultierender Einfluß auf die Flugbahn bleibt
dagegen bestehen, welcher der Regelabweichung entgegenwirkt
Die gleichen Überlegungen gelten hinsichtlich einer Regelabweichung des aerodynamischen Strömungszustandes. Es sei der Einfachheit halber angenommen, daß
der aerodynamische Strömungszustand die Fluggeschwindigkeit und der interessierende Flugbahnparameter die Flughöhe sei. Eine Aufschaltung des
Regelabweichungssignals der Fluggeschwindigkeit nur auf die Gasdrossel beeinflußt nicht nur die Fluggeschwindigkeit, sondern über eine Veränderung des
Anstellwinkels und des Auftriebs auch die Flughöhe. Eine Aufschaltung des Regelabweichungssignals nur auf
das Höhenruder bewirkt nicht nur — über die Umsetzung von potentieller Energie in kinetische oder
umgekehrt — eine Fluggeschwindigkeitsänderung, sondern natürlich auch eine Änderung der Flughöhe.
Man kann nun wieder das Regelabweichungssignal der Fluggeschwindigkeit mit solchen Faktoren und Vorzeichen sowohl auf die Gasdrossel als auch auf das
Höhenruder schalten, daß sich seine Einflüsse auf die Flughöhe ganz oder weitgehend kompensieren. Es
bleibt dagegen ein resultierender Einfluß auf die Fluggeschwindigkeit Durch die Verwendung eines
solchen apparativ integrierten Flugreglers für Flugbahn und aerodynamischen Strömungszustand können somit
die Regelvorgänge für diese Größen tatsächlich entkoppelt werden, was zu einer wesentlichen Verbesserung der Regelgenauigkeit, der Böen- und Scherwindunterdrückung, der Schubruhe und des Passagierkomforts führt und gleichzeitig eine größere Freiheit bei der
Wahl der Reglerparameter für die Regelung jeder einzelnen Regelgröße ermöglicht.
Es ist schon vorteilhaft, wenn die gegenseitige Beeinflussung der Regelvorgänge durch die Anwendung der Erfindung vermindert wird. Die optimale
Auslegung ergibt sich jedoch, wenn die Koeffizienten oder Übertragungsfunktionen der Kombinationen und
die Filterzeitkonstanten so gewählt sind, daß eine Regelabweichung der Flugbahn und deren Korrektur im
wesentlichen ohne Einfluß auf den aerodynamischen Strömungszustand und umgekehrt eine Regelabweichung des aerodynamischen Strömungszustandes und
deren Korrektur im wesentlichen ohne Einfluß auf die Flugbahn ist.
Der aerodynamische Strömungszustand bei der Erfindung kann beispielsweise auch der Anstellwinkel
sein.
In weiterer Ausbildung der Erfindung können weitere
Flugzustandsvariable (z. B. Längsbeschleunigung und Nickwinkelgeschwindigkeit) in Linearkombinationen
auf die beiden Stellglieder aufgeschaltet sein.
Durch die Aufschaltung der Linearbeschleunigung auf beide Stellglieder in ähnlicher Weise wie die Regelabweichung des aerodynamischen Strömungszustandes
wird eine Kompensation von Böen nach Art der GB-PS
11 90 199 erreicht. Die Nickwinkelgeschwindigkeit kann
ähnlich wie die Höhenablage ebenfalls auf beide Stellglieder geschaltet werden. Das bringt eine Dämpfung der Flugbahnregelung.
Es können noch weitere Zustandsvariablen zur Verbesserung der Regelung auf die Stellglieder
aufgeschaltet sein.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher
erläutert, die ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Flugreglers zeigt.
Bei der dargestellten Ausführungsform dient als aerodynamischer Strömungszustand der Anstellwinkel
«, der bekanntlich in direkter Beziehung zu der
Fluggeschwindigkeit steht. Der Anstellwinkel <x wird in irgendeiner bekannten Weise, z. B. an einer Tragfläche
10 gemessen. Das Anstellwinkelsignal /x wird bei 12 mit einer Führungsgröße, d.h. einem kommandierten
Anstellwinkel «c verglichen, der auf einen Führungsgrößeneingang 14 gegeben wird. Dem Regler, der generell
mit 16 bezeichnet ist, wird an einem Eingang 18 das Regelabweichungssignal Δ/χ zugeführt.
Ein geneigter Linearbeschleunigungsmesser 20 liefert ein Linearbeschleunigungssignal b, welches auf einen
Eingang 22 des Reglers geschaltet ist Der Neigungswinkel des Linearbeschleunigungsmessers ist von den
Werten der Flugzeugpolaren abhängig und ermögliieht eine gleichzeitige Kompensation von Horizontal- und
Vertikalböen.
Eine weitere Zustandsvariable, die von einem Wendekreisel 24 geliefert wird, ist die Nickwinkelgeschwindigkeit oty. Diese wird auf einen weiteren
Eingang 26 des Reglers 16 geschaltet
Schließlich liefert ein Höhenmesser 28 ein Signal proportional der Flughöhe Λ. Dieses Signal wird bei 30
mit einer Führungsgröße, also einer kommandierten Flughöhe hc verglichen, die von einem Flugbahnrechner
32 geliefert und auf einen Führungsgrößeneingang 34 gegeben wird. Der Flugbahnrechner 32 kann beispielsweise aus den von einem Funkleitstrahl mit DME
gelieferten Schrägentfernungssignalen die kommandierte Flughöhe hc nach einer vorgegebenen Funktion
der Schrägentfernung R vom Leitstrahlsender liefern. Die Höhenabweichung Ah wird auf den Eingang 33 des
ίο Reglers 16gegeben.
Der Regler 16 hat zwei Stellgrößen, nämlich den Schub S der Triebwerke 36, der durch ein an der
Gasdrossel angreifendes Stellglied in bekannter Weise veränderbar ist, und den Höhenruderausschlag η. Das
is Stellglied an der Gasdrossel wird durch den Reglerausgang 38 dargestellt. Ein zweites Stellglied, symbolisiert
durch den Reglerausgang 40, wirkt auf das Höhenruder 4Z
Wie durch die Pfeile dargestellt ist, sind sämtliche
Eingänge 18, 22, 26 und 33 des Reglers 16 direkt oder
gefiltert — mit unterschiedlichen Koeffizienten — auf beide Ausgänge 38 und 40 geschaltet
Der Ausdruck »Steuerfläche« ist nicht auf das Höhenruder beschränkt Bei Anwendung einer direkten
Auftriebsregelung mit Auftriebsklappen oder Spoilern können die Linearkombinationen der Signale in
entsprechender Weise auch auf die Stellmotoren für die Spoiler aufgeschaltet werden. Es können auch Linearkombinationen von Signalen in der beschriebenen
Weise sowohl auf den Stellmotor für den Spoiler als auch auf den Stellmotor für das Höhenruder aufgeschaltet werden. Dabei wird üblicherweise der Spoiler auf
höherfrequente Komponenten der Signale ansprechen und das Höhenruder auf niederfrequente. Das kann
durch geeignete Riter erreicht werden.
Claims (3)
1. Flugregler zur Regelung der Flugbahn und des aerodynamischen Strömungszustandes, z. B. der
Fluggeschwindigkeit, von Flugzeugen mit einer Meßeinrichtung für die Flugzeugposition, einer
Meßeinrichtung für den aerodynamischen Strömungszustand, einem schubverändernden Stellglied
und wenigstens einem Stellglied für eine Steuerfläche des Flugzeuges, z. B. für das Höhenruder, mit ι ο
Eingängen für Führungsgrößen für Flugbahn und aerodynamischen Strömungszustand, mit Mittein
zur Bildung von Regelabweichungssignalen aus den Signalen der Meßeinrichtungen und der zugeordneten
Führungsgrößen und mit Mitteln zur Steuerung der Stellglieder in Abhängigkeit von solchen
Regelabweichungssignalen im Sinne einer Verminderung der Regelabweichungen, dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl das schubverändeinde Stellglied als auch das Stellglied für die
Steuerfläche von einer die gegenseitige Beeinflussung der beiden Regelgrößen vermindernden
Kombination der Regelabweichungen von Flugbahn und aerodynamischem Strömungszustand beaufschlagt
ist
2. Flugregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten oder Übertragungsfunktionen der Kombinationen so gewählt sind, daß
eine Regelabweichung der Flugbahn und deren Korrektur im wesentlichen ohne Einfluß auf den
aerodynamischen Strömungszustand und umgekehrt eine Regelabweichung der auftriebsbestimmenden
Größe und deren Korrektur im wesentlichen ohne Einfluß auf die Flugbahn ist
3. Flugregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Flugzustandsvariable,
z. B. Längsbeschleunigung und Nickwinkelgeschwindigkeit, in Linearkombinationen auf die Stellglieder
aufgeschaltet sind.
40
Priority Applications (1)
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DE2249965A DE2249965C3 (de) | 1972-10-12 | 1972-10-12 | Flugregler |
Applications Claiming Priority (1)
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DE2249965A DE2249965C3 (de) | 1972-10-12 | 1972-10-12 | Flugregler |
Publications (3)
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DE2249965A1 DE2249965A1 (de) | 1974-04-18 |
DE2249965B2 true DE2249965B2 (de) | 1981-04-23 |
DE2249965C3 DE2249965C3 (de) | 1981-12-24 |
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ID=5858806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2249965A Expired DE2249965C3 (de) | 1972-10-12 | 1972-10-12 | Flugregler |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2249965C3 (de) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1515349A (fr) * | 1966-06-29 | 1968-03-01 | Fluggeratewerk Bodensee G M B | Régulateur de propulsion pour avions ou analogues |
-
1972
- 1972-10-12 DE DE2249965A patent/DE2249965C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2249965A1 (de) | 1974-04-18 |
DE2249965C3 (de) | 1981-12-24 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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