DE2941258A1 - Taumelscheiben-steuerung fuer einen hubschrauberrotor - Google Patents
Taumelscheiben-steuerung fuer einen hubschrauberrotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Taumelscheiben-Steuerung für Hubschrauber.
Bekannte Tauinelscheiben-Steuerungen für Hubschrauber verwenden
eine mechanische Kopplung zwischen dem Steuerknüppel und Taumelscheiben-Verstellorganen. Die Taumelscheibe ist
zur zyklischen sowie zur kollektiven Blattsteuerung über jeweils ein Blattsteuerungshorn mit den Rotorblättern verbunden.
Änderungen in der kollektiven Blattsteuerung werden durch Anheben und Absenken der Taumelscheibe bewirkt. Die Lage und
Neigung der Taumelscheibe ist durch drei Verstellorgane steuerbar, die an drei Stellen der Taumelscheibe ansetzen.
Bislang verwendete man elektrische Sensoren zum Messen der Steuerbefehle des Piloten sowie zur Umsetzung in Steuersignale
für eine Servoanlage, die auf die Taumelseheiben-Verstellorgane
wirkt.
Da Militärhubschrauber der Feindeinwirkung ausgesetzt sein können, erfordern sie Steueranlagen, die selbst beim Ausfallen
eines Steuerkanals noch funktionsfähig sind.
Jeweils drei Verstellorgane bestimmen die Ebene und Lage der Taumelscheibe. Werden mehr als drei Verstellorgane verwendet,
dann erhält man eine funktionsmäßige Redundanz. Fällt in
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diesem Fall ein mechanisches Teil aufgrund von Feindeinwirkung aus, so kann dies je nach dem Grad der Redundanz vernachlässigt
werden.
Die Erfindung schafft eine Steuerung für mehr als drei hydraulische
Verstellorgane, die mit der Taumelscheibe gekoppelt sind und von denen jedes unabhängig von den anderen
eine eigene Hydraulik- und Stromquelle besitzt, um unabhängig von der Ansteuerung eines anderen Kanals eine Redundanz zuzulassen.
Jeder Kanal ist von allen übrigen getrennt. Alle Verstellorgane nehmen die von der Taumelscheibe übertragene
Kraft auf. Sie sind so dimensioniert, daß jeweils drei zur gesamten Kraftübertragung ausreichen.
Gemäß Erfindung sind die Hubschrauber-Rotorblätter über mehr als drei an eine Taumelscheibe angeschlossene Kanäle gesteuert.
Hydraulische Verstellorgane sind zwischen jeden der Steuerpunkte und ein Getriebe geschaltet. Ein elektrischer
Generator wird unmittelbar bei der Drehung des Rotors vom Getriebe angetrieben. Während der Drehung des Rotors erfolgt
über das Getriebe außerdem ein unmittelbarer Antrieb einer Hydraulikpumpe. Hydraulikleitungen führen von der Hydraulikpumpe
zum Verstellorgan, während elektrische Leitungen an den Generator angeschlossen sind. Getrennte Steuerkanäle führen
von der Steuerung des Piloten zu jedem der Verstellorgane, wodurch die vom Piloten gegebenen Steuerbewegungen in Ab-
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hängigkeit von den Steuersignalen auf die Taumelscheibe übertragbar
sind. Gemäß Erfindung steuern drei aktive Verstellorgane die Taumelscheibe in Abhängigkeit von statischen
Belastungen, während beim Ansprechen einer Fehlerlogik ein weiteres Verstellorgan zugeschaltet wird, wenn eines der
drei aktiven Verstellorgane ausfällt. Alle Verstellorgane sind mit unterschiedlichen Taumelscheibenbelastungen
funktionsfähig.
Die Erfindung schafft somit eine Steuerung für mehr als drei zu einer Taumelscheibe führende Kanäle sowie zur Lastaufteilung
zwischen diesen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:
Figur 1 eine Ausführung der Erfindung;
Figur 2 einen Schnitt durch ein Getriebe unter Darstellung der Leistungszufuhr zu einem Verstellorgan;
Figur 3 eine integrierte Versorgungseinheit für ein Verstellorgan;
Figur 4 eine andere Ausführung einer integrierten Versorgungseinheit;
Figur 5 eine schematische Darstellung der Hydraulikschaltung für jedes einzelne Verstellorgan;
Figur 6 einen optischen Sensor;
Figur 7 ein elektronisches Interface für das Verstellorgan 11;
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Figur 8 eine elektronische Schaltung für eine Servoschleife;
Figuren
9 u d 1O eine Aufzeichnungs- und Abschalt-Logik; und
Figur 11 elektrische Versorgungs- und Regeleinheiten·
Figur 1 zeigt eine Taumelscheibe 10, deren Neigung durch drei bis fünf elektrohydraulische Verstellorgane 11-15 steuerbar
ist. Die Verstellorgane 11-15 sind mechanisch an ein Hauptgetriebe
16 angeschlossen. In der dargestellten Ausführung sind die Verstellorgane 11-15 gleichmäßig um das Hauptgetriebe
verteilt. Wie weiter unten beschrieben ist, sitzt das Verstellorgan 11 auf dem Getriebe 16 und weist eine Gruppe von
Steuerventilen in einem Gehäuse 11a sowie einen hydraulischen Verstellzylinder 11b auf. Eine Kolbenstange 11c ist über ein
Gestänge 11d an einem Schwenkpunkt 11e der Taumelscheibe 10 befestigt. Dies gilt auch für alle anderen Verstellorgane 12-15.
Das Getriebe 16 weist einen Zahnkranz 16a auf, der mit dem nicht dargestellten Mast gekoppelt und vom Getriebe 16 angetrieben
ist.
Jedes der Verstellorgane 11-15 besitzt eine getrennte elektrische
Stromversorgung sowie eine getrennte Hydraulikquelle. Insbesondere besitzt das erste Verstellorgan 11 einen ersten
elektrischen Generator 21 und eine erste Hydraulikpumpe 31. Das zweite Verstellorgan 12 ist mit einem zweiten, nicht dargestellten
Generator und einer zweiten Hydraulikpumpe 32 ver-
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sehen. Das dritte Verstellorgan 13 weist einen dritten Generator 23 und eine dritte Hydraulikpumpe 33 auf. Das vierte
Verstellorgan 14 besitzt einen vierten Generator 24 und eine vierte Hydraulikpumpe 34. Das fünfte Verstellorgan 15 ist
wiederum mit einem fünften Generator 25 und einer fünften Hydraulikpumpe 35 versehen. Jede dieser Versorgungseinheiten
weist somit einen elektrischen Generator und eine Hydraulikpumpe auf und wird durch kraftschlüssige Kopplung mit dem
Zahnkranz 16a vom Getriebe 16 angetrieben. Jedes Verstellorgan besitzt somit eine eigene Stromquelle und eine eigene
Hydraulikquelle. Die Verstellorgane werden über von der Bewegung des Blattverstellhebels 40 und des Steuerknüppels 41
abgeleitete Signale gesteuert. In Figur 1 ist jeweils nur ein Kanal vom Blattverstellhebel 40 und vom Steuerknüppel 41 dargestellt.
Ein Sensor 42 spricht auf die über den Blattverstellhebel 40 eingegebenen Steuerbefehle an. In einer bevorzugten
Ausführung ist der Sensor 42 ein optischer Sensor, der einen Blattverstellbefehl über einen Fiberoptikkanal 43 in
ein Steuergerät 44 leitet. Dieses steuert daraufhin das dritte Verstellorgan 13 an. Identische Steuerbefehle werden
über nicht dargestellte vier andere Blattverstellsensoren in das Steuergerät eingegeben und zu den vier anderen Verstellorganen
übertragen.
Auch der Steuerknüppel 41 ist über fünf Kanäle und fünf Sensoren an das Steuergerät 44 angeschlossen, wobei aus Gründen
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der einfacheren Darstellung lediglich ein Kanal dargestellt ist. Der Sensor 46 überträgt wiederum über einen Faseroptikkanal
47 Steuerbefehle in das Steuergerät 44. Die Sensoren sind um den Steuerknüppel 41 ähnlich angeordnet, wie die
Verstellorgane 11-15 geometrisch um die Taumelscheibe 10 angeordnet sind. Die Betätigung der Taumelscheibe erfolgt
somit entsprechend der Bewegung des Steuerknüppels 41.
Im folgenden wird die Steuerung der Verstellorgane in Abhängigkeit
von den kollektiven und den zyklischen Blattsteuerbefehlen beschrieben. Erfindungsgemäß ist eine Steuerredundanz
für die Verstellorgane der Taumelscheibe 10 vorgesehen und es wird jedes der Verstellorgane getrennt angesteuert
und versorgt. Die Verstellkanäle sind voneinander unabhängig mit Ausnahme einer Fehlerlogik, die das Zusammenwirken
der Verstellorgane steuert.
Jeder der möglichen Angriffspunkte der Taumelscheibe 1O wird
von einem völlig unabhängigen Kanal angesteuert. Jeder Kanal beginnt am Blattverstellhebel bzw. am Steuerknüppel, wo jeweils
ein Sensor vorgesehen ist. Die Steuerbefehlsübertragung erfolgt über Faseroptikverbindungen. Die optischen
Signale werden vorzugsweise in Form von digitalen Signalen in die Elektronikeinheiten übertragen, in denen sie in elektrische
Analogsignale umgewandelt werden. Jede Elektronikeinheit steuert dann ein Verstellorgan, das einen Teil einer inte-
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grierten Verstelleinheit bildet. Das Verstellorgan wird deswegen als integrierte Verstelleinheit bezeichnet/ weil es
bis auf die Pumpe ein abgeschlossenes hydraulisches System darstellt. Jede Einheit wird elektrisch und hydraulisch von
einer dafür vorgesehenen elektrohydraulischen Versorgungseinheit gespeist. Jede Versorgungseinheit wird von einer
getrennten Stelle am Hauptgetriebe angetrieben. Die Versorgungseinheit schließt den zwischen die Hydraulikpumpe
und den Getriebeabgriff geschalteten Generator ein. Jeder Kanal umfaßt somit eine unabhängige Signalerzeugung und
-übertragung einschließlich der Krafterzeugung für die
Steuerbewegungen.
Figur 2 zeigt einen Teilschnitt durch das Getriebe 16, an dem die Verstellorgane, Generatoren und Hydraulikpumpen
angebracht sind. In dieser Darstellung besitzt das erste Verstellorgan 11 einen Montageflansch 11g, der an den
Stellen 11h und 11 j mit einem Arm 16b des Getriebes 16 befestigt
ist.
Ein Getriebegehäuse 16c, zu dem der Arm 16b gehört, ist mit
Hilfe von Bolzen 16d an einem Gehäuse 16e befestigt. Das Getriebegehäuse
16c trägt eine Montageplatte 16f, durch die sich eine öffnung 16g erstreckt. Der Mast 50 ragt durch
diese öffnung 16g. Er ist von Lagern abgestützt und von einem nicht dargestellten Antrieb angetrieben, wobei die Antriebs-
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Verbindung über eine Keilverbindung 51 erfolgt. Der Antrieb für den Mast 50 umfaßt einen Antriebsring 52, auf dem der
Zahnkranz 16a sitzt. Der erste Generator 21 und die erste Hydraulikpumpe 31 sind auf der Montageplatte 16f montiert,
wobei eine Generatorwelle 21a von einer koaxialen Welle 16h getrieben wird. Die Welle 16h ist im Getriebegehäuse 16c in
Lagern gelagert und kämmt mit dem Zahnkranz 16a. Der Zahnkranz 16a ist mit dem Mast 50 gekoppelt und dreht sich mit
diesem, so daß bei Mastdrehbewegungen vom Generator 21 Strom und von der Hydraulikpumpe 31 Hydraulikleistung abnehmbar
sind. Über bekannte Verbindungen werden Strom vom Generator 21 und Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe 31 zu dem ersten
Verstellorgan 11 geführt.
Figur 3 zeigt eine Ausführung einer integrierten Generator/ Pumpen-Einheit. Ein Gehäuse 60 weist einen Flansch 61 zur
Befestigung am Getriebegehäuse 16c (Figur 2) auf. Die Einheit umfaßt die Generatorwelle 21a, auf die eine rotierende
Schale 21b aufgekeilt ist. Die Schale besitzt einen Rand mit einer Anzahl von Magneten 21c, vorzugsweise Magnete aus
Samarium-Kobalt. Im Gehäuse 60 ist ein Innengehäuse 62 mit einer Kolbenpumpe bekannter Bauart untergebracht, die in der
vorliegenden Ausführung in die Schale 21b paßt. Am Umfang des Innengehäuses 62 sind feststehende Ankerwicklungen angebracht,
von denen Ausgangsleitungen 63 abgehen. Auslaßöffnungen 64 und
65 führen aus dem Innengehäuse 62 nach außen, so daß eine
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integrierte Pumpen/Generatoreinheit für die Vorrichtung gemäß Figur 2 geschaffen ist.
Figur 4 zeigt eine andere Ausführung der integrierten Pumpen/ Generatoreinheit. In dieser Ausführung weist der Generator
eine schalenförmige Pumpenhalterung 70 auf, durch die sich eine Hohlwelle 71 erstreckt. Die Hohlwelle 71 ist in einem
Lager 72 im unteren Ende bzw. im Boden der Pumpenhalterung 70 gelagert. Die Pumpenhalterung 70 ist an ihrer Oberseite durch
einen Deckel 73 mit eingesetztem Lager 74 verschlossen, wobei das Lager 74 das obere Ende der Hohlwelle 71 lagert. Das untere
Ende der Hohlwelle 71 trägt ein Ritzel, das mit einem Zahnrad 75 kämmt. Das Zahnrad 75 entspricht in einer Ausführung dem
Zahnkranz 16a gemäß den Figuren 1 ui.d 2. Entlang der Hohlwelle
71 sind eine Anzahl von Samarium-Kobaltmagnete 76 verteilt. An der Innenwand der Halterung 70 sind Feldwicklungen 77
untergebracht, so daß bei sich drehender Hohlwelle 71 und rotierenden Magneten 76 Strom in den Feldwicklungen 77
erzeugt wird.
Auf dem Deckel 73 ist durch nicht dargestellte, sich durch einen Flansch 81 erstreckende Bolzen eine Pumpe 80 für
Hydraulikfluid montiert. Die Antriebswelle 82 der Pumpe 80 ist mit dem oberen Ende der Hohlwelle 71 verkeilt.
Es ist klar, daß unterschiedlich aufgebaute integrierte Versorgungseinheiten
verwendbar sind. Erfindungsgemäß müssen je-
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doch in jedem Fall mindestens vier integrierte Verstelleinheiten vorgesehen sein, wobei jede eine eigene integrierte
Versorgungseinheit aufweist.
Eine Schwierigkeit bei dem Zusammenschalten mehrerer Verstellorgane
für eine gemeinsame Kraftübertragung liegt in der gleichmäßigen Kraftverteilung, wobei eine Vorrangigkeit
einzelner Verstellorgane in jedem Fall vermieden sein muß. Wird nämlich eines der Verstellorgane vorrangig gesteuert,
dann wird die Servowirkung schlechter. Außerdem sind die übrigen Verstellorgane dann träger und sprechen schlechter
an. Um eine derartige Vorrangigkeit zwischen den einzelnen Verstellorganen auszuschalten oder zu minimieren, werden gemäß
Erfindung hauptsächlich lediglich drei Verstellorgane zur Zeit zur Steuerung der Taumelscheibe herangezogen, wobei für
jedes weitere angeschaltete Verstellorgan die Kraftabgabe durch Differentialdruck-Rückkopplung auf die überflüssigen Verstellorgane
begrenzt wird.
Auf eine Hubschrauber-Taumelscheibe wirken zwei verschiedene Arten von Belastungen ein, nämlich 1.) eine mittlere Belastung
und 2.) der mittleren Belastung überlagerte Schwingungsbelastungen.
Die hauptsächliche Schwingungsbelastung für einen zweiflügeligen
Hubschrauber hat eine Frequenz von zwei je Umdrehung oder etwa
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10,8 Hz bei 324 U/min. Es gibt auch Vielfache der zwei/ Umdrehung von geringerer Amplitude, jedoch höherer Frequenz.
Diese Schwingungsbelastungen sollen vorteilhafterweise auf alle Verstellorgane verteilt werden. Dies wird durch eine
Druckdifferenzrückkopplung erzielt. Dabei sind die on-line Verstellorgane bei kleinen Frequenzen sehr weich, übernehmen
aber ihren Teil der Schwingungsbelastungen bei zwei pro Umdrehung und mehr. Ohne Differenzdruckrückkopplung kann die
Federrate einer geschlossenen Schleife größer als etwa 0,5 χ 10 je 2,5 cm gemacht werden (10 lbs./inch). Mit Differenzdruck-Rückkopplung
an den redundanten Verstellorganen kann die wirksame Federrate so klein wie 540 kg/cm (2700 lbs./in.)
sein. Fällt einer der aktiven Verstellorgan-Kanäle aus, dann wird eines der Hilfs-Verstellorgane durch automatisches Abschalten
seiner Differenzdruck-Rückkopplung aktiviert. Fällt daraufhin ein zweiter Verstellorgan-Kanal aus, dann wird der
fünfte verbleibende, redundante Verstellkanal hinzugeschaltet. Figur 9 zeigt die Schaltung für Differenzdruck-Rückkopplung
einschließlich dessen Abschaltung.
Die zuvor beschriebene Anlage wird als STERN-Schaltung bezeichnet,
da ein Angriff an fünf Punkten der Taumelscheibe erfolgt. Diese hat das leichtest mögliche Gewicht jeder Ausfalls-ZBetriebs-Taumelscheiben-Steuerung.
Fünf einzelne Kolben-Verstellorgane bestimmen die Ebene der Taumelscheibe und bilden
zwei Ausfalls-ZBetriebs-Redundanzen, wobei also sogar zwei
Systeme bei Feindeinwirkung mechanisch ausfallen können. Die
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Vorrichtung schließt die Verwendung einer integrierten Hydraulikanlage
der Type 41003640 ein, die von der Firma Hydraulic Research-Textron, Valencia, Kalifornien, vertrieben
wird. Eine geeignete Hydraulikpumpe ist die Type 40136 der Firma ABEX. Als Generator ist ein Modell 5167 der Firma
Electro Kinetics Corporation aus Santa Barbara, Kalifornien, geeignet. Optische Lagesensoren und Faseroptik-Signalübertragungsstrecken
finden ebenfalls bevorzugte Anwendung. Jeder der fünf Arme der Taumelscheibe ist von einer unabhängigen
Signalquelle und unabhängiger Antriebselektronik gesteuert. Jeder integrierte Verstellorgan-Kanal ist von den anderen
vier bis auf eine Fehlerlogikschaltung getrennt, die allen Kanälen gemeinsam ist. Im Normalbetrieb werden alle fünf
integrierten Verstelleinheiten zur gleichmäßigen Unterstützung und damit Lastaufnahme der Taumelscheibe herangezogen.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung aber auch bei zwei Ausfällen noch funktionsgerecht arbeiten soll, sind die Verstellorgane
so dimensioniert, daß jeweils drei die gleichmäßigen Belastungen und die Schwingungsbelastungen aufzunehmen
vermögen. Durch aktive on-line Abtastung wird gemäß Erfindung eine Verschlechterung der Steuerwirkung verhindert,
die aus einer Anhäufung kleiner Differenzen der Verstärkungsfaktoren, der Schwellwerte und der Linearitäten zwischen den
parallelen Steuerwegen hervorgehen können.
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Im Gegensatz zu bekannten Steuerungen (beispielsweise fly-bywire)
macht die erfindungsgemäße STERN-Flugsteuerung davon
Gebrauch, daß drei Punkte eine Ebene aufspannen. Da die räumliche Ausrichtung des festen Ringes einer Rotor-Taumelscheibe
die Steuerbefehle für die Längssteuerung, die Quersteuerung und Blattverstellung liefert, hat eine fünfarmige Taumelscheibe
zwei Ausfalls-/Betriebs-Redundanzen mechanischer Art. Durch Steuerung jedes Armes der fünfarmigen Taumelscheibe
durch einen unabhängigen, selbständigen Kanal, ist eine zweifache Ausfalls-Betriebssicherheit gewährleistet. Figur 1
zeigt diese STERN-Schaltung. Die vom Steuerknüppel abgegebenen Signale werden so angeordnet, daß keine Signalvermischung
zwischen den einzelnen Kanälen erfolgt. Die Grundsteuerfunktionen werden ohne mechanische Steuerstangen, Hebelübersetzungen
oder andere mechanische Teile erzielt, die sonst in Hubschraubersteuerungen üblich sind.
Die STERN-Schaltung verwendet fünf elektronische Kanäle, welche die fünf integrierten Verstelleinheiten (IAP) 11-15
steuert. Sie sind zusammen mit einem Gehäuse am Umfang des oberen Getriebegehäuses befestigt. Die fünf kleinen Pumpen/
Generatoreinheiten werden vom Zahnkranz 16a im Oberteil des Getriebes angetrieben. Jede der Pumpe fördert Fluid lediglich
zu einer Verstelleinheit und jeder Generator liefert nur Strom für einen einzigen elektrischen Kanal. Zusätzlich zu den fünf
Antriebsabgriffen ist ein weiterer Abgriff für eine hydraulische Hilfseinheit mit Motor und Pumpe vorgesehen, die zur
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Bodenüberprüfung dient. Erreicht wird dies durch eine Knüppelkupplung
16p, die zwischen dem Zahnkranz 16a und dem Mast 50 angeordnet ist. Dies gestattet ein Zurücklaufen des Zahnkranzes
16a gegenüber dem Mast 50. Figur 2 zeigt diesen Aufbau.
Fünf einzelne Sensoren jeweils für den Blattverstellhebel 40 und den Steuerknüppel 41 liefern Signaleingaben an elektrische
Kanäle, die wiederum die Verstellorgane 11-15 ansteuern. In
jedem der Verstellorgane sind ein zweistufiges, elektrohydraulisches
Servoventil und ein Betätigungskolben vorgesehen. Jeder Kanal besitzt eine Selbstanzeige aufgrund der Verschiebung
des Verstellorgans, der Verschiebung der Servoventilspindel und aufgrund der Differenzdruckinformation, wobei
jeder Kanal zusätzlich abschaltbar bzw. überbrückbar ist und gleichzeitig eine minimale Zwischenkanal-Fehleranzeige und
-Ausgleich besitzt. Figur 1 zeigt somit nur einen einzigen Kanal der STERN-Schaltung.
Jedes der Verstellorgane 11-15 bildet einen Teil einer integrierten
Verstelleinheit, die eine vollkommen unabhängige Hydraulikanlage mit Ausnahme der Fördermengen veränderbaren
Pumpen 21-25 darstellt. Jedes Verstellorgan ist so ausgelegt,
2 daß es in einer Hydraulikanlage der Type II, Klasse 210 kg/cm
einsetzbar ist. Jedes Verstellorgan weist einen Kolben mit zu gehörigem Gehäuse, Druck- und Rücklauffilter, Tank, verschie
dene Rückschlagventile und Druckbegrenzungsventile sowie eine elektrohydraulische Steuereinheit auf. Die Steuereinheit be-
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steht aus einem zweistufigen, elektrohydraulischen Servoventil
(EHSV), einem elektrisch aktivierten Magnetventil zur Steuerung eines durch Druck gesteuerten Kolben-Uberbrückungsventils,
einen Sensor zur Feststellung der Lage des Spindelventils im Servoventil und einen Differenzdruckwandler.
Figur 5 zeigt die Hydraulikschaltung für das erste Verstellorgan 11. Ein Druckbegrenzungs-Hauptventil 85 wird vom Steuerdruck
von einem Magnetventil 86 freigegeben. Ist das Verstellorgan 11 durch Abschalten der Spannung an der Magnetventilwicklung
87 deaktiviert, dann wird der Kolben in die HilfsStellung gebracht und der Magnetventilsteuerdruck in die
Rückführleitung geleitet. Bei aktiviertem Verstellorgan 11 wird der Magnetventil-Steuerdruck an die Druckleitung angeschlossen
und das Druckbegrenzungsventil 85 wird deaktiviert, so daß der gesamte Pumpendruck im Druckkreis vorliegt.
Bei aktiviertem Magnetventil 86 wird das Druckfluid zu einem Umleitungsabsperrventil 88 geleitet, das dann an das erste
Verstellorgan 11 angeschlossen ist. Im Umleitungsbetrieb sind die elektrohydraulischen Steuerteile vom Umleitungsabsperrventil
gesperrt und die Verstellorgan-Steuerleitungen sind auf Rückführung geschaltet.
Die vorzugsweise verwendeten Verstellorgane erfüllen die nachstehenden Anforderungen:
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Strom mA + 8 bei Belastung 3200 in 2,5 cm/Sek. 6,4 - 0,64
Ausgangshub in cm χ 2,5 +3,55
Schwellwert (Spitze-Spitze), mA max. 0,08
Stall Force, lbs. min. 4750
Internal Leakage, gpm. max. 0,25
Null Bias, ma max. O,24
Freq. Response (unloaded) >35 Hz
Engage Time, sec. max. 0,5
Disengage Time, sec. max. 0,07
Durch elektromagnetische Einwirkungen sowie durch Blitze erzeugte elektromagnetische Impulse sind für jede verkabelte
Steuerung Störquellen. Hingegen sind Faseroptiken gegenüber elektromagnetischen und elektrostatischen Feldern
immun, wobei sie zusätzliche Vorteile gegenüber metallischen Signalleitern aufweisen. Lagesensoren, die nicht nach elektromagnetischen
Prinzipen arbeiten, weisen ebenfalls Vorteile auf. Figur 6 zeigt einen optischen Sensor als Lagecodierer
gemäß Figur 1. Der Codierer 42 verwendet eine 10-bit optische Graucodemaske zur Parallelcodierung der Steuerbefehle des
Piloten. Nach einer Parallel/Serienumwandlung wird eine Lichtemittierende Diode 42a gepulst, um das codierte Signal über
einen Faseroptikleiter 43 in eine Steuerelektronik zu leiten. Ein in der Steuerelektronik vorgesehener optischer Decodierer
wandelt diese Signale in Analogsignale zur Steuerung des Ver-
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stellventil-Treibstromes um.
Figur 7 zeigt ein Blockschaltbild der Elektronikschaltung für das erste Verstellorgan 11. Die Eingangs- und Ausgangsdaten
für die Elektronikeinheit sind digital codiert und werden über Lichtleiterverbindungen übertragen. Digitale Eingangsbefehle
werden an eine Servoschleife 90 gelegt, deren Ausrgangssignal an ein elektrohydraulisches Servoventil 91 geführt
ist. Durch einen linearen variablen Differenzwandler erhält man Information über die Lage des Hauptkolbens. Ein
Druckfühler 93 liefert ebenfalls Eingangsdaten an die Servoschleife. Der Ausgang der Servoschleife ist über eine Verbindung
94 mit einer Anzeige- und Absperreinheit 95 verbunden. Ein linearer, variabler Differenzwandler 96 (LVTD) mit Spindel
ist an die Absperreinheit 95 angeschlossen. Die Einheit 95 betätigt auch ein Magnetventil 97 des Verstellorgans 11.
Andere Kanäle sind über die Verbindung 98 mit der Absperreinheit 95 verbunden. Ein Kanal 99 der Absperreinheit 95 führt
zu den anderen Kanälen sowie zu einer Anzeige für den Piloten. Eine Regelungs-, Schwingungs- und Pulseinheit 100 ist mit der
Absperreinheit 95 zusammengeschaltet.
Jeder der Kanäle weist eine Servoschleife gemäß Figur 8 auf. Lagebefehle werden durch zwei getrennte Faseroptikempfänger
101 und 102 decodiert und in Treiberverstärkern 103 und 104 mit der Verstellorgan-Lageinformation zur Erzeugung eines
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elektrischen Steuerbefehls für das Verstellorgan 11 verglichen. Zahlreiche Signalabschnitte werden aufgezeichnet,
um den Betriebs- oder Fehlerzustand aufzuzeigen.
Zwei der fünf Kanäle sind mit einer gefilterten Differenzdruck-Rückkopplung
105 versehen, um einen andauernden Zwangsbetrieb auszuschalten, der sonst aus dem gegenseitigen Kanalfehlabgleich
wegen der Ansammlung kleiner Differenzen in Verstärkungsfaktor, Schwellwert und Linearität auftreten würde.
Durch Verwendung einer gefilterten Rückkopplung werden die Verstellorgane 11-15 nicht daran gehindert, auf zwei Lastwechsel
je Umdrehung oder auf schnelle Steuerbefehle anzusprechen. Übergeordnete Kanallogik (ICL) 106 hat diesen
Rückkopplungspfad steuernde Signale, die über Lichtleiter übertragen werden und in den Figuren 9 und 1O dargestellt
sind.
Die STERN-Schaltung arbeitet selbst bei feindlicher Geschoßeinwirkung
hervorragend zuverlässig.
Jeder Kanal weist eine Selbstanzeige auf, mit der ein Kanalfehler
feststellbar ist. Ist ein Fehler festgestellt worden, dann schaltet eine Abschaltlogik das zugehörige Verstellorgan
in einen Umleitungszustand und es wird ein Zustandsbefehl sowohl
an die Cockpit-Anzeige als auch an die anderen Kanäle gemäß Figur 10 geleitet. Die Selbstanzeige ist durch vier
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verschiedene Anzeigeschaltungen erzielt. Ein erster Monitor
110 vergleicht die Ausgabe von doppelten Faseroptikempfängern zur Feststellung eines Steuerknüppelfehlers und/oder zu
Faseroptikfehlern. Ein zweiter Monitor 111 vergleicht die
Ausgabe eines Servoventilmodells mit der Ausgabe vom Servoventil-Spindel-LVDT zur Feststellung von Fehlern in der
Hydraulikanlage. Ein dritter Monitor 112 liefert eine Selbstüberprüfung der Verstellorgan-Kolbenstellung des LVDT. Ein
vierter Monitor 113 liefert eine Selbstüberprüfung einer
Pulsierschaltung, mit deren Hilfe die einzelnen LVDT-Sensorausgaben demodulierbar sind.
110 vergleicht die Ausgabe von doppelten Faseroptikempfängern zur Feststellung eines Steuerknüppelfehlers und/oder zu
Faseroptikfehlern. Ein zweiter Monitor 111 vergleicht die
Ausgabe eines Servoventilmodells mit der Ausgabe vom Servoventil-Spindel-LVDT zur Feststellung von Fehlern in der
Hydraulikanlage. Ein dritter Monitor 112 liefert eine Selbstüberprüfung der Verstellorgan-Kolbenstellung des LVDT. Ein
vierter Monitor 113 liefert eine Selbstüberprüfung einer
Pulsierschaltung, mit deren Hilfe die einzelnen LVDT-Sensorausgaben demodulierbar sind.
Jeder Kanal erhält elektrische Energie von einem zugehörigen
Generator, sobald die Rotordrehzahl 90 % der Leerlaufdrehzahl überschreitet. Eine automatische Reglerschaltung trennt jeden der Kanäle von der zum Anlaufen erforderlichen Hubschrauberbatterie. Mit Hilfe einer Festkörperschaltung werden eine
15 Volt und eine 7,5 Volt Gleichspannung zur Spannungsversorgung verschiedener Halbleiterlagesensoren erzeugt. Figur
11 zeigt ein diesbezügliches Blockschaltbild. Zwischen dem
Steuerknüppel und dem Rotor gibt es keine mechanische Verbindung. Es gibt daher auch keine Abhängigkeit von Steuerknüppellage- und Rotorstellung, wenn die Steueranlage deaktiviert ist. Gravitationskräfte ziehen die Taumelscheibe und die Blattverstellhörner in eine bestimmte Lage. Beim Anlaufen ist es
wichtig, möglichst schnell eine elektrohydraulische Steuerung
Generator, sobald die Rotordrehzahl 90 % der Leerlaufdrehzahl überschreitet. Eine automatische Reglerschaltung trennt jeden der Kanäle von der zum Anlaufen erforderlichen Hubschrauberbatterie. Mit Hilfe einer Festkörperschaltung werden eine
15 Volt und eine 7,5 Volt Gleichspannung zur Spannungsversorgung verschiedener Halbleiterlagesensoren erzeugt. Figur
11 zeigt ein diesbezügliches Blockschaltbild. Zwischen dem
Steuerknüppel und dem Rotor gibt es keine mechanische Verbindung. Es gibt daher auch keine Abhängigkeit von Steuerknüppellage- und Rotorstellung, wenn die Steueranlage deaktiviert ist. Gravitationskräfte ziehen die Taumelscheibe und die Blattverstellhörner in eine bestimmte Lage. Beim Anlaufen ist es
wichtig, möglichst schnell eine elektrohydraulische Steuerung
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vorliegen zu haben, ehe sich der Rotor zu weit bewegt und/ oder zuviel Geschwindigkeit aufgenommen hat.
Während des Anlaufens erfolgt die Steuerung folgendermaßen: Es wird Strom an die elektronischen Steuereinrichtungen gelegt.
Sobald eine Überprüfung der elektrischen Anlage deren Funktionsbereitschaft anzeigt, kann der Motor anlaufen. Vom elektrohydraulischen
Servoventil wird ein elektrisches Signal erzeugt, welches darauf zurückzuführen ist, daß die Lage der Verstellorgane
nicht mit der Steuerknüppelstellung übereinstimmt. Mit zunehmender Drehzahlaufnahme des Rotors können die Hydraulikpumpen
Druckfluid in zunehmendem Maße liefern. Die Verstellorgane sprechen nun auf das Servoventilsignal an. Der Verstellorgankolben
wird nun in eine Stellung gebracht, die der Steuerknüppelstellung entspricht. Die Strömungsanforderungen
sind nun erfüllt und es baut sich schnell ein Druck auf, der den Rotor für die restliche Zeit, die zur Erzielung der vollen
Umdrehungszahl erforderlich ist, in unverkipptem Zustand hält.
Prüfversuche haben ergeben, daß innerhalb von sieben Sekunden
die Rotorstellung mit den Steuerbefehlen synchronisierbar ist. In dieser Zeit hat der Rotor 1 1/2 Umdrehungen gemacht und die
Rotorgeschwindigkeit beträgt 25 Umdrehungen pro Minute.
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e e
r s e 11 e
Claims (6)
1.) Taumelscheiben-Steuerung für einen Hubschrauberrotor,
dessen Mast von einem Getriebe angetrieben ist und eine Taumelscheibe aufweist, die über Einzelverbindungen
an Blattverstellhörner der Rotorblätter angeschlossen ist und mindestens drei angeschlossene
Verstellorgane zur Lagesteuerung der Taumelscheibe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß vier oder mehr
Verstellorgane (11-15) mit je einer vom Getriebe (16) unabhängig angetriebenen Versorgungseinheit (21; 31-25;
35) für jedes der Verstellorgane (11-15) vorgesehen sind und daß eine Umschalteinrichtung zur übertragung
der Steuerung der Taumelscheibe (10) von einem der drei Verstellorgane (z. B. 11, 13, 15) auf ein viertes
Verstellorgan (z. B. 14) bei Ausfall eines der ersten drei Verstellorgane dient.
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ORlGMAL INSPECTED
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verstellorgan (11-15) von einem eigenen
Steuerbefehlssensor (42, 46) angesteuert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Verstellorgane (11-15) von einem eigenen
Blattverstellhebelsensor (42) und einem eigenen Steuerknüppelsensor (46) angesteuert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zu einem Verstellorgan (11-15) gehörende
Sensor (42; 46) von der zu dem betreffenden Verstellorgan gehörenden Versorgungseinheit angesteuert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragung von den
Sensoren (42; 46) zu den Verstellorganen (11-15) durch Lichtleiter erfolgt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch an jedes der Verstellorgane (11-15) angeschlossene
Lagefühler zur Feststellung der jeweiligen Stellung seines zugehörigen Verstellorgans (11-15).
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