DE3635899A1 - Device for producing an incidence angle signal for flight controllers - Google Patents

Device for producing an incidence angle signal for flight controllers

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DE3635899A1 DE19863635899 DE3635899A DE3635899A1 DE 3635899 A1 DE3635899 A1 DE 3635899A1 DE 19863635899 DE19863635899 DE 19863635899 DE 3635899 A DE3635899 A DE 3635899A DE 3635899 A1 DE3635899 A1 DE 3635899A1
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Artur Dipl Ing Redeker
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AERODATA FLUGMESSTECHNIK GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/025—Indicating direction only, e.g. by weather vane indicating air data, i.e. flight variables of an aircraft, e.g. angle of attack, side slip, shear, yaw
    • 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
    • G05D1/04—Control of altitude or depth
    • G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
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Abstract

A signal ( alpha ) from an incidence angle sensor is connected via a low-pass filter (24) to a signal output (22). The difference between the pitch angle theta and the climb angle gamma a is formed and, if appropriate, is multiplied by the cosine of the roll angle 1/cos PHI . The signal thus obtained is connected via a high-pass filter (28) to the signal output (32). The low-pass filter (24) and high-pass filter (28) form a complementary filter (22). The incidence angle signal alpha f acts on the aircraft thrust controller. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Anstellwinkelsignals für Flugregler mittels eines Anstellwinkelsensors und eines Filters.The invention relates to a device for generating an angle of attack signal for flight controllers an angle of attack sensor and a filter.

Als Anstellwinkelsensoren dienen vielfach Anstellwinkelfahnen oder Fluglogs mit oft schwachen Dämpfungsgraden und Eigenschwingungsfrequenzen im Bereich mehrerer Hertz, abhängig von der Fluggeschwindigkeit. Bei der Rückführung des Anstellwinkelsignals für Zwecke der Flugregelung ist es unerwünscht, diese Eigenschwingungen an der Schubverstellung wirksam werden zu lassen.Angle of attack flags are often used as angle of attack sensors or flight logs with often weak ones Damping levels and natural vibration frequencies in Range of several Hertz, depending on the airspeed. When the angle of attack signal is returned for flight control purposes it is undesirable, these natural vibrations on the thrust adjustment to take effect.

Es ist bekannt, das Anstellwinkelsignal eines Anstellwinkelsensors auf ein Tiefpaßfilter aufzuschalten, um solche Signalanteile zu eliminieren. Bei der Anwendung in Regelsystemen ergab sich dabei jedoch durch das Tiefpaßfilter eine Verschlechterung in der Güte der Regelung.It is known the pitch angle signal of a pitch angle sensor connect to a low pass filter, to eliminate such signal components. This resulted in the application in control systems however, a deterioration due to the low-pass filter in the goodness of the scheme.

Höherfrequente Fehler des Anstellwinkels sind durch Wind bedingt. Es ist nicht die Aufgabe einer Schubregelung, durch Turbulenz verursachte hochfrequente Anstellwinkelfehler zu eliminieren. Im Gegensatz dazu sind niederfrequente Fehler des Anstellwinkels Energiefehler. Solche Fehler müssen durch eine Schubverstellung korrigiert werden. Der vom Fluglog stammende Anstellwinkel - befreit vom höherfrequenten Windanteil - muß langfristig dem der Sollanströmgeschwindigkeit zugeordneten Sollanstellwinkel nachgeführt werden.Higher frequency errors of the angle of attack are through Due to wind. It’s not the job of thrust control, high-frequency caused by turbulence  Eliminate angle of attack errors. In contrast there are also low-frequency errors of the angle of attack Energy failure. Such mistakes must be made by a Thrust adjustment to be corrected. The one from the flight log originating angle of attack - freed from the higher frequency Wind share - must in the long term be the target inflow velocity assigned target angle of attack be tracked.

Auf der anderen Seite kann der Anstellwinkel aus einer Winkelbeziehung ermittelt werden, wenn der Nickwinkel R, der Flugwindneigungswinkel und der Rollwinkel γ a zur Verfügung stehen. Der Flugwindneigungswinkel Φ soll im folgenden auch vereinfacht als Bahnwinkel bezeichnet werden.On the other hand, the angle of attack can be determined from an angular relationship if the pitch angle R , the flight wind inclination angle and the roll angle γ a are available. The flight wind inclination angle Φ shall also be referred to in the following simply as the orbit angle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Anstellwinkelsignals zu schaffen, das für die Schubregelung geeignet ist.The invention has for its object a Device for generating an angle of attack signal to create that for the thrust control suitable is.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Filter ein Komplementärfilter ist, bei welchemAccording to the invention, this object is achieved by that the filter is a complementary filter at which one

  • (a) ein Signal eines Anstellwinkelsensors über einen Tiefpaß mit einer Übertragungsfunktion auf einen Signalausgang aufgeschaltet ist,(a) a signal from an angle of attack sensor via a low-pass filter with a transfer function is connected to a signal output,
  • (b) Mittel zur Bildung der Differenz von Nickwinkel und Bahnwinkel und(b) Means for forming the difference in pitch angle and orbit angle and
  • (c) ein Hochpaßfilter vorgesehen sind, durch welches der so gebildete Ausdruck (Quotient) (R-q a ) / cos Φ ,mit einer Übertragungsfunktion auf den Signalausgang aufgeschaltet ist.(c) a high-pass filter is provided, through which the expression (quotient) ( R - q a ) / cos Φ thus formed, with a transfer function is connected to the signal output.

Der Anstellwinkelsensor liefert eine gute stationäre Genauigkeit. Diese wird für den niederfrequenten Signalanteil ausgenutzt, der auf ein Tiefpaßfilter aufgeschaltet wird. Die höherfrequenten Teile werden dagegen aus den Lagewinkeln und dem Bahnwinkel abgeleitet. Es gelangen so nur diejenigen Anteile des durch Windeinfluß veränderlichen Anstellwinkels (Windanstellwinkels) zum Signalausgang des Komplementärfilters, die sich tatsächlich auf die Flugzeugbewegung auswirken. Das hat zwei Vorteile: Erstens wird der Stellmotor für den Schub im Triebwerksregler von den Eigenschwingungsanteilen des Anstellwinkelsensors entlastet. Zweitens werden hochfrequente Turbulenzanteile, die in dem Anstellwinkelsignal auftreten, nicht durch Schubveränderungen herausgeregelt. Das Flugzeug selbst wird hierbei gewissermaßen als Filter benutzt.The angle of attack sensor provides a good stationary Accuracy. This is for the low frequency Utilized signal portion on a low pass filter is activated. The higher frequencies Parts, on the other hand, are made from the position angles and Path angle derived. Only those get there Shares of the variable by the influence of wind Angle of attack (wind angle of attack) to the signal output of the complementary filter that is actually affect aircraft movement. That has two Advantages: First, the servomotor for the thrust in the engine controller from the natural vibration components of the angle of attack sensor is relieved. Secondly are high-frequency turbulence components in the Angle of attack signal does not occur due to changes in thrust fixed out. The plane itself is used as a filter.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Embodiments of the invention are the subject of Subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Anstellwinkelsignals für Flugregler zeigt.An embodiment of the invention is as follows with reference to the related Drawing explained in more detail, which is a block diagram a device for generating an angle of attack signal for flight controllers shows.

Mit 10 ist ein Luenberger Beobachter bezeichnet, der ein Höhensignal H b von einem barometrischen Höhenmesser und ein Vertikalbeschleunigungssignal von einem Trägheitsnavigationssystem erhält und an einem Ausgang 12 ein Signal liefert, das die Vertikalgeschwindigkeit wiedergiebt. Ein solcher Luenberger Beobachter ist an sich bekannt und daher hier nicht im einzelnen beschrieben (vgl. Redeker und Vörsmann "Precise Vertical Speed Reconstruction Based on Vertical Acceleration and Barometric Altitude", "Zeitschrift für Flugwissenschaft und Weltraumforschung", Bd. 9 [1985], Nr. 4).With10th is called a Luenberg observer, which is an altitude signalH b  from a barometric Altimeter and a vertical acceleration signal   received by an inertial navigation system and on an exit12 provides a signal that represents the vertical velocity  reproduced. Such a Luenberger Observer is known per se and therefore not described in detail here (see Redeker  and Vörsmann "Precise Vertical Speed Reconstruction Based on Vertical Acceleration and Barometric Altitude "," Journal of Aviation Science and Space Research ", Vol. 9 [1985], No. 4).

Aus der Totaltemperatur T t von einem Totaltemperatursensor und dem Höhensignal H b von dem barometrischen Höhenmesser wird nach der FormelThe total temperature T t from a total temperature sensor and the altitude signal H b from the barometric altimeter is made according to the formula

wie durch Block 14 angedeutet ist, ein unkorrigierter statischer Druck p s,u berechnet. Das so erhaltene Signal wird in einem Summierpunkt 16 mit einer Staudruck-Korrektur korrigiert, die von dem Staudrucksignal eines Differenz-Staudrucksensors abgeleitet ist. Es wird so ein statischer Druck p s erhalten.like through block14 is indicated an uncorrected static pressurep s, u  calculated. That so received signal is at a summing point16 With a dynamic pressure correction corrected by the Back pressure signal  a differential dynamic pressure sensor is derived. It becomes a static pressurep s   receive.

Aus der Totaltemperatur T t von dem Totaltemperatursensor, dem Staudruck von dem Differenz-Staudrucksensor und dem statischen Druck p s wird die Fluggeschwindigkeit V (sog. "True Air Speed" TAS) des Flugzeugs bestimmt nach der FormelFrom the total temperatureT t  from the total temperature sensor, the dynamic pressure  from the differential dynamic pressure sensor and the static pressurep s  will the AirspeedV (so-called "True Air Speed" TAS) of the Aircraft determined according to the formula

Das ist durch Block 18 dargestellt.This is represented by block 18 .

In vielen Flugzeugen steht die TAS im sog. Luftdatenrechner zur Verfügung.In many aircraft, the TAS is in the so-called air data computer to disposal.

Aus und V wird der Bahnwinkel γ a bestimmt nach der FormelOut  andV becomes the path angleγ a  determined according to the formula

Das ist durch Block 20 dargestellt.This is represented by block 20 .

Ein Komplementärfilter 22 enthält ein Tiefpaßfilter 24 mit einer ÜbertragungsfunktionA complementary filter 22 contains a low-pass filter 24 with a transfer function

wobei s die Variable der Laplace-Transformierten ist. Die Zeitkonstante T α beträgt bei einer praktischen Anwendung 3 Sekunden. Auf das Tiefpaßfilter 24 wird ein Anstellwinkelsignal α von einem Anstellwinkelsensor, vorzugsweise dem Fluglog, gegeben.where s is the variable of the Laplace transform. The time constant T α is 3 seconds in a practical application. An angle of attack signal α from an angle of attack sensor, preferably the flight log, is applied to the low-pass filter 24 .

An einem Summierpunkt 26 wird die Differenz R-q a des Nickwinkels R und des Bahnwinkels γ a gebildet. Der Nickwinkel R wird von dem Trägheitsnavigationssystem geliefert. Der Bahnwinkel γ a wird, wie oben angegben, durch Block 20 gebildet.The difference R - q a of the pitch angle R and the path angle γ a is formed at a summing point 26 . The pitch angle R is supplied by the inertial navigation system. The path angle γ a , as indicated above, is formed by block 20 .

Sofern der Rollwinkel Φ, der auch von Trägheitsnavigationssystemen geliefert wird, nicht vernachlässigbar ist, wird die Differenz R-γ a noch mit dem Kehrwert des Kosinus dieses Rollwinkels cos Φ multipliziert. Das ist in der Zeichnung nicht dargestellt.If the roll angle Φ , which is also supplied by inertial navigation systems, is not negligible, the difference R - γ a is multiplied by the reciprocal of the cosine of this roll angle cos Φ . This is not shown in the drawing.

Die Differenz R-γ a ist auf ein Hochpaßfilter 28 mit einer ÜbertragungsfunktionThe difference R - γ a is on a high-pass filter 28 with a transfer function

aufgeschaltet. Die Ausgänge des Tiefpaßfilters 24 und des Hochpaßfilters 28 werden in einem Summationspunkt 30 addiert und liefern ein Anstellwinkelsignal α f an einem Signalausgang 32. Dieses Anstellwinkelsignal ist u. a. als Regelsignal auf die Schubsteuerung aufgeschaltet.activated. The outputs of the low-pass filter 24 and the high-pass filter 28 are added at a summation point 30 and provide an angle of attack signal α f at a signal output 32 . This angle of attack signal is inter alia applied as a control signal to the thrust control.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Anstellwinkelsignals für Flugregler mittels eines Anstellwinkelsensors und eines Filters, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Komplementärfilter (22) ist, bei welchem
  • (a) ein Signal (α) eines Anstellwinkelsensors über einen Tiefpaß (24) mit einer Übertragungsfunktion auf einen Signalausgang (32) aufgeschaltet ist,
  • (b) Mittel (26) zur Bildung der Differenz (R-q a ) von Nickwinkel ( R ) und Bahnwinkel ( γ a ), und
  • (c) ein Hochpaßfilter (28) vorgesehen sind, durch welches der so gebildete Ausdruck (Quotient) (R - γ a ) / cos Φ ,mit einer Übertragungsfunktion auf den Signalausgang (32) aufgeschaltet ist.
1. Device for generating an angle of attack signal for flight controllers by means of an angle of attack sensor and a filter, characterized in that the filter is a complementary filter ( 22 ), in which
  • (a) a signal ( α ) of an angle of attack sensor via a low-pass filter ( 24 ) with a transfer function is connected to a signal output ( 32 ),
  • (b) means ( 26 ) for forming the difference ( R - q a ) between pitch angle ( R ) and orbit angle ( γ a ), and
  • (c) a high-pass filter ( 28 ) is provided, through which the expression (quotient) ( R - γ a ) / cos Φ thus formed, with a transfer function is connected to the signal output ( 32 ).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Multiplikation der besagten Differenz (R-γ a ) mit dem Kosinus des Rollwinkels (cos Φ).2. Device according to claim 1, characterized by means for multiplying said difference ( R - γ a ) by the cosine of the roll angle (cos Φ ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das am Signalausgang (32) erhaltene Anstellwinkelsignal auf die Schubsteuerung aufgeschaltet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the angle of attack signal received at the signal output ( 32 ) is applied to the thrust control.
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