DE3638820A1 - Seitenruder-steuerungsanordnung fuer luftfahrzeuge - Google Patents

Seitenruder-steuerungsanordnung fuer luftfahrzeuge

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Description

Die Erfindung betrifft eine Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge, insbesondere für Flugzeuge, bei der die Übertra­ gung der Steuersignale primär elektrisch erfolgt, zur Erhöhung der Ausfallsicherheit der Steuerungseinrichtung aber eine me­ chanische Signalübertragungsanordnung parallel zu den elektri­ schen vorhanden ist.
Bei den bisher bekannten Lösungen der Seitenruderansteuerung und -betätigung wird das Seitenruder durch drei hydraulische Stell­ systeme mit mechanischer Wegrückführung angetrieben, die parallel aktiv und synchron von einem zum Teil ausfallsicher ausgeführten Signalgestänge kommandiert werden. Die Signaleingabe erfolgt über eine mechanische Seilansteuerung von den Pedalen des Piloten über eine Kraftsimulations-Einheit, die mit der Trimmverstellung in einer trimmbaren Kraftsimulationseinheit zusammengefaßt ist.
Die Verstellung dieser trimmbaren Kraftsimulationseinheit erfolgt durch zwei Motoren, die durch Rechner angesteuert und positions­ geregelt werden. Diese Regelungs- (Positionierungs-) Funktion be­ inhaltet sowohl die quasi-stationäre Trimmverstellung, als auch die Autopiloten-Verstellfunktion für das Seitenruder. Im kraft­ freien Zustand der Pedalen (von den Piloten entlastet) folgen diese mechanisch dem Autopiloten- und Trimmsignal. Dem so erzeug­ ten mechanischen Signalweg wird differentiell über einen dupli­ zierten hydraulischen Gierdämpfer-Eingriff das zur Gierstabili­ sierung des Flugzeuges notwendige Seitenruder-Ausschlagsignal überlagert, das von einem redundanten Rechnersystem erzeugt wird.
Dieses Summensignal verstellt durch die drei unabhängigen hydrau­ lischen Stellsysteme das Seitenruder. Zum Schutz der Struktur vor unzulässig hohen Seitenruderausschlägen im Hochgeschwindigkeits­ bereich wird das Summensignal durch eine Ausschlagbegrenzerein­ heit limitiert. Diese Ausschlagbegrenzereinheit beinhaltet zwei Motoren, die von zentralen Rechnern angesteuert werden und den möglichen mechanischen Signalweg durch Verstellung eines mechani­ schen Elementes begrenzt.
Zur Absicherung des Steuerungssystems gegen einfachen Bruch der Signalgestänge nach dem Steuersignalsummenpunkt ist eine Zen­ trierfeder vorgesehen. Im genannten Bruchfall wird dadurch das Seitenruder durch die Kraftzylinder in Mittellage zentriert und schwenkt nicht aus, was zu einer unzulässigen Gierstabilitäts­ verschlechterung führen würde.
Die Aufgabe der Erfindung ist, für redundant ausgelegte Stellan­ triebssysteme zur Betätigung eines Seitenruders von Luftfahrzeu­ gen, insbesondere von Flugzeugen, eine gegenüber bisher bekannten Konstruktionen vorteilhaftere Lösung zu finden, die neben der Einsparung von Systemkomponenten eine Gewichtsreduzierung der Seitenruder-Steuerungsanordnung erlaubt, welche mindestens die gleiche Betriebssicherheit wie bekannte Lösungen aufweist, gleichzeitig aber die Vorteile einer konsequenten Sytemauslegung auf die "fly-by-wire" - Möglichkeiten (Flugzeugsteuerung mit elektrischer Signalübertragung von der Pilotenkanzel zu den jeweils anzusteuernden Stellgliedern) mit einer Seitenruderan­ steuerung durch vereinfachte mechanische Signalübertragung für den Fall des elektrischen Totalausfalls verbindet.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe läßt sich anhand der Zeichnungen erläutern. Ihre Merkmale sind dem Hauptanspruch, vorteilhafte Ausgestaltungen den Unteransprüchen zu entnehmen.
Wie Fig. 1 zeigt, wird das Seitenruder primär angetrieben von zwei Steuerungskanälen 9 und 10, bestehend aus jeweils einem (oder umschaltbar, mehreren) Computern (8,...,8 c) und einem elek­ trohydraulischen Stellsystem 2, 3, das von dem jeweils zugeord­ neten Computer angesteuert und überwacht wird. Alternativ oder nach Ausfall eines oder beider dieser Steuerungskanäle 9, 10 wird das Seitenruder 1 durch ein hydromechanisches Stellsystem 4 be­ tätigt, dessen mechanisches Eingangssignal in gewohnter Weise von Piloten über Pedale 15 erzeugt wird.
Die elektrohydraulischen Stellsysteme 2, 3 arbeiten nach dem "ak­ tiv/stand-by (By Pass) Prinzip", bei dem jeweils nur ein Stell­ system aktiv ist (geregelt und die Seitenruderkraft aufbringend), während das andere, ebenso wie das hydromechanische Stellsystem 4, auch im fehlerfreien Zustand zwar überwacht wird, aber im By-Pass-Betrieb ist, wobei die hydraulische Druckflüssigkeit kraftlos von einer Zylinderkammer 48 in die andere strömt.
Wenn beispielsweise der Steuerungskanal 9 als zunächst aktiver Kanal fungierte, wird nach einem ersten Fehler in diesem Kanal (Computer oder Hydrauliksystem oder Stellsystem) auf das zweite elektrohydraulische Stellsystem 3 umgeschaltet. Der Kanal 10 übernimmt jetzt die Ruderkontrolle. Nach einem weiteren Fehler in dem nun aktiven zweiten Steuerungskanal 10 oder elektrohydrau­ lischen Stellsystem 3 wird das hydromechanische System 4 aufge­ schaltet. Durch die Reduktion der mechanischen Ansteuerung von drei Stellsystemen auf nur ein Stellsystem 4 entfällt erfindungs­ gemäß die aus Sicherheitsgründen notwendige ausfallsichere Aus­ führung des Signalgestänges und die mechanische Signalzentrier­ einheit.
Jeder der elektrohydraulischen Stellantriebe 2, 3 führt die, in den bekannten Lösungen additiv und seriell durch einzelne Stell­ systemsignale zusammengesetzten Seitenruderausschläge aus Pilo­ tensignal, Trimmsignal, Autopilot und Gierdämpfung gleichzeitig, in dem jeweils ansteuernden Computer 8 erzeugt, aus. Hierdurch entfallen erfindungsgemäß Teile der seriell hintereinander ge­ schalteten und mit mechanischen Mischgliedern versehenen Stellsy­ steme und Signalwege.
Jedes der elektrohydraulischen Stellsysteme 2, 3 und das hydrome­ chanische Stellsystem 4 sind kraftmäßig so ausgelegt, daß die maximal mögliche Kraft kleiner oder gleich ist der im Hochge­ schwindigkeitsflug auftretenden Ausschlagkraft bei Erreichung des maximal zulässigen Ruderausschlagwinkels, aber hinreichend groß für alle Niedergeschwindigkeits-Steuerfälle, einschließlich anzu­ nehmenden Triebwerksausfall und Seitenwind-Flug in der Start- und Landephase.
Hierdurch entfällt erfindungsgemäß gegenüber dem bisherigen Stand der Technik eine spezielle, unabhängige Vorrichtung zur Aus­ schlagbegrenzung, und das erfindungsgemäße Steuerungssystem kann auch im Fehlerfall, z.B. Klemmen des Servoventils keinen Ruder­ ausschlag mit katastrophaler Folge bewirken. Die Computer 8 be­ grenzen darüber hinaus von sich aus das kommandierte Ausschlag- Sollsignal der Stellsysteme 2, 3 auf einen entsprechenden zuläs­ sigen Wert.
Das mechanisch angesteuerte, hydromechanische Stellsystem 4, als Steuerungshilfe nach einem zweiten Fehler in den Primärkanälen 9, 10 vorgesehen, erhält als Signaleingangskommando die Pedal­ stellung. Diese ist im pedalkraftfreien Zustand gleich dem über die trimmbare Kraftsimulationseinheit 6 eingespeisten Trimmko­ mmando, in belasteter, pilotenkraftbewegter Pedalstellung gleich dieser Pedalstellung. Diese trimmbare Kraftsimulationseinheit 6 kann sowohl am Heck, vor dem Signaleingang zum hydromechanischen Stellsystem 4 angeordnet sein (Fig. 1), als auch direkt an den Pedalen 15 im Cockpit (Fig. 2). Im letzteren Fall lassen sich Ge­ wichtseinsparungen erzielen durch die vorschriftsgemäße Dimensio­ nierung der Signalübertragung von den Pedalen 15 zum Stellsystem.
Die elektrohydraulischen Stellsysteme 2, 3 enthalten in bekannter Ausführung je ein Einschaltmagnetventil, welches, wenn der Magnet erregt ist, das entsprechende Stellsystem aktiviert. Im entregten Zustand dieses Ventils ist der Zylinder im By-Pass geschaltet, das heißt, es findet ein kraftloses Umströmen der Hydraulik-Flüs­ sigkeit zwischen den Kolbenkammern statt. Die entsprechenden Auf­ schaltsignale zu diesen besagten Einschaltventilen sind in Fig. 1, neben den elektrischen Signalen zur Servoventilansteuerung, Stellsystemüberwachung und Zylinderpositionssensoren als Signale 11 und 12 von den Computern 8 zu den zugeordneten Stellsystemen 2, 3 angedeutet.
Das mechanisch angesteuerte Stellsystem 4 enthält eine elektro/ hydromechanische Abschaltlogik 5 (siehe Fig. 1), deren Funktion und erfindungsgemäße Ausführung noch beschrieben wird. Diese Ab­ schaltlogik 5 wird von den kontrollierenden Computern (8,...,8 c) der elektrohydraulischen Steuerungskanäle 9,10 angesteuert durch die Abschaltsignale 13 sowie 14, und führt eine logische UND- Funktion aus.
Jedes der Abschaltsignale 13 oder 14 ist, wenn es erregt ist, in der Lage, die Abschaltlogik 5 zu aktivieren. Nur wenn beide Ab­ schaltsignale 13 und 14 entregt sind, führt dies zu einer Passi­ vierung der Abschaltlogik 5 und zu einer Aktivierung des hydrome­ chanischen Stellsystems 4. Bei einer aktivierten Abschaltlogik 5 wird das hydromechanische Stellsystem 4 in By-Pass geschaltet und gehalten (auch bei vorhandenem hydraulischem Systemdruck des zu­ geordneten Hydrauliksystem 4 a), und der mechanische Signalstrang 7 von den Pedalen 15 zum Steuerventil 24 des Stellsystems aufge­ trennt. In diesem Zustand ist das Stellsystem 4 kraftlos und sein Kolben folgt dem Ruderausschlag infolge Betätigung durch einen der primären Steuerungskanäle 9 oder 10.
Bei beiden fehlenden, das heißt entregten Abschaltsignalen 13 und 14, ist der Signalsummenpunkt zum Steuerventil 24 geschlossen und die By-Pass-Stellung aufgehoben, womit die Abschaltlogik 5 passi­ viert ist. In diesem Fall ist der mechanische Signalweg von den Pedalen 15 zum Steuerventil 24 geschlossen. Bei vorhandem hydrau­ lischen Systemdruck läßt sich das Seitenruder 1 in diesem Fall durch das hydromechanische Stellsystem 4 betätigen.
Jeder Computer eines aktiven und damit fehlerfrei arbeitenden Steuerungskanals 9 bzw. 10 sendet also, solange dieser Steue­ rungskanal und Stellsystem aufgeschaltet ist, ein positives und damit erregendes Abschaltsignal 13 bzw. 14 zur Abschaltlogik 5 des hydromechanischen Stellsystems 4.
Die Gesamtsystem-Verschaltung von den Pedalen 15 des Piloten bzw. den Computern 8 der Steuerungskanäle 9 und 10 zu den zugeordneten Stellsystemen 2, 3, 4 und die Um- bzw. Abschaltvorrichtungen in dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem sind in Fig. 2 im Zusammen­ hang dargestellt und im Folgenden beschrieben:
Im normalen, fehlerfreien Zustand wird das Ruder über einen akti­ ven Steuerungskanal 9 bzw. 10 angesteuert, während das Stellsy­ stem des zweiten Steuerungskanals in By-Pass-Betrieb ist. Die Steuerungs- (Ruderausschlag-) Signale werden durch die Computer 8 aus den Signalen der automatischen Flugführung (Autopilot 19) sowie den Trimmsignalen oder, bei abgeschalteten Autopiloten 19, aus den Pedalausschlägen, durch Positionssensoren 20 gemessen, gebildet. Der aktive Steuerungskanal 9 oder 10 sendet ein posi­ tives Aufschaltsignal 11 oder 12 zu dem ihm zugeordneten Stell system 2, 3, während der stand-by-Steuerungskanal eine negative (d.h. stromlose) Verbindung der Aufschaltleitung zu dem ihm zu­ geordneten Stellsystem hat.
Beide Computer, sowohl der des aktiven Steuerungskanals als auch der des stand-by-Steuerungskanals, senden, solange kein Fehler in diesen Steuerungskanälen vorliegt, ein positives, und damit er­ regtes Abschaltsignal 13 bzw. 14 zur Abschaltlogik 5 des hydro­ mechanischen Stellsystems 4. Dies passiviert, wie bereits be­ schrieben, das mechanisch angesteuerte Stellsystem (By-Pass- Betrieb).
In dieser elektrischen Betriebsart werden die im übrigen vom Sei­ tenruder 1 entkoppelten Pedalen 15 nur durch die Trimmsignale, erzeugt durch die Trimmknöpfe 17 oder automatischen Trimmsignalen aus den Computern, über die trimmbare Kraftsimulationseinheit 6 dem aktuellen Rudertrimmzustand nachgeführt; Autopiloten-Aus­ schläge können ebenfalls in die Pedalausschläge geführt werden, nicht aber die Gierdämpfungs-Ausschläge.
Bei einem zweiten Fehler in den primären, elektrohydraulischen Steuerungskanälen 9 und 10 sind beide Abschaltsignale 13 und 14 negativ und damit entregend auf die Abschaltlogik 5 wirksam. Da­ mit kuppelt das hydromechanische Stellsystem 4 ein, wodurch der Pilot über die Pedale 15 die Ruderverstellung übernimmt.
Sowohl die Aufschaltsignale 11 und 12 zu den elektrohydraulischen Stellsystemen 2, 3, als auch die Abschaltsignale 13 und 14 zum hy­ dromechanischen Stellsystem 4, sind über eine vom Piloten bedien­ bare Schalteinheit 18 geführt. Im Normalfall sind alle diese Schalter geschlossen. Im Fehlerfall und zu Testzwecken kann der Pilot diese Schalter öffnen und damit die Verbindung von den Stellsystemen zu den Computern 8 unterbrechen. Diese Unter­ brechungsmöglichkeit kann einzelne und/oder alle Leitungsverbin­ dungen enthalten.
Bei Unterbrechung der Leitungen für die Signale 13 und 14 wird automatisch das mechanisch signalisierte, hydromechanische Stell­ system 4 aufgeschaltet. Dies ist zum Beispiel als Testprozedur vor dem Start des Luftfahrzeuges zur Funktionsprüfung dieses Steuerungs-Betriebsmodes vorgesehen.
Eine erfindungsgemäße Variante zur bekannten trimmbaren Kraft­ simulationseinheit 6 ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Hierbei hat die trimmbare Kraftsimulationseinheit 6′, die dem Piloten eine ruderausschlagabhängige Kraft abverlangt, keine re­ dundante motorische Verstellung mehr, sondern wird über ein manu­ elles Piloten-Bedienelement 41 verstellt. Hierdurch entfallen die elektromotorischen Antriebe der bekannten Lösungen für die Kraftsimulatoreinheit 6′, sowie die Verbindung zwischen dieser und dem Trimmknopf 17. Mögliche Fehlerquellen werden zudem redu­ ziert. Die Trimmsignaleingabe erfolgt bei dieser Variante über ein manuelles Bedienelement 41, das über einen Verstellstrang 44 auf ein Getriebe 43 wirkt, welches das Zentrierfederpaket 42 und damit die pedalkraftfreie Nullstellung der Pedalen 15 verstellt. Hier erfolgt im elektrisch signalisierten Steuerungsmode weder eine Trimm- noch eine Autopilot-Signalnachstellung der Pedale 15, d. h. die Pedalen sind im elektrischen Autopilotenflug in Ruhe­ stellung (Feder-Mittenzentrierung).
Eine zweite erfindungsgemäße Variante zum trimmbaren Kraftsimu­ lationselement 6 bzw. 6′ besteht aus einer Kombination der beiden Verstelleinrichtungen. Neben der elektrischen Pedalsysnchronisa­ tion zum Seitenruderausschlag entsprechend Trimm- und Autopilot­ signalen durch Elektromotoren, ist ein mechanischer Verstellvor­ gang vom manuellen Bedienelement für die Trimmeingabe 41, über den Verstellstrang 44 nach Getriebe 43 auf das trimmbare Kraft­ einleitungselement 6′ (Fig. 3) möglich. Dadurch wird es dem Piloten gestattet, auch nach einem elektrischen Totalausfall und bei rein pedalgesteuertem und mechanisch signalisiertem Seiten­ ruderbetrieb das Seitenruder pedalkraftfrei auf die gewünschte Trimmstellung einzustellen.
Erfindungsgemäße Lösungen für die Verschaltung bzw. Verknüpfung durch Umschaltvorrichtungen zwischen den Computern 8 und elektri­ schen Stellsystemen 2, 3 gemäß Fig. 1 und 2, sind in Fig. 4a, 4b für ein Steuerungssystem mit redundanten Computern 8 dargestellt. Fig. 4a zeigt, daß jedem der elektrohydraulischen Stellsysteme 2, 3 mindestens ein eigener Computer 8,...,8 c zugeordnet ist. Bei zwei oder mehreren Computern je Stellsystem werden auf das zuge­ hörige Stellsystem umschaltbare Computer gleichen Typs verwen­ det. Eine alternative Lösung geht davon aus, daß zwei Computer­ typen in jeweils redundanter Form zur Verfügung stehen, die se­ quentiell, d.h. bei Ausfällen der jeweiligen Computer, als Er­ satzcomputer innerhalb ihres jeweiligen Computertyps aufgeschal­ tet werden können (Fig. 4b). Die hierbei, durch Umschaltung auf Ersatzcomputer im Fehlerfall, umzuschaltenden Signalleitungen zwischen Rechnern und zugeordneten Stellsystemen beinhalten so­ wohl die Summe der Ansteuerungs- und Überwachungs-Signalleitun­ gen, als auch die Aufschaltungsleitungen 11 und 12 der zugeord­ neten Stellsysteme und insbesondere die Abschaltsignale 13 und 14 gemäß Fig. 2 zum mechanisch angesteuerten Stellsystem 4.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung des erfindungsgemäßen, me­ chanisch angesteuerten Stellsystems 4 und der hydromechanischen Abschaltlogik 5 sowie deren Funktion (Fig. 5a, Fig. 5b). Das Stellsystem 4 wird durch die Abschaltsignale 13 und 14 ange­ steuert. Erregt (13 oder 14) ist der Steuerdruck auf Rücklauf­ druckniveau, das By-Pass-Ventil 4 b in By-Pass-Stellung und die Kupplung am differentiellen Signalgestänge offen (Fig. 5a). In diesem passiven Zustand des hydromechanischen Stellsystems 4 be­ wegen die elektrohydraulischen Stellsysteme 2, 3 das Seitenruder 1. Die mechanische Wegrückführung X des Kolbens wird am offenen Differential bei feststehender oder bewegter Pedale 15 absor­ biert (Stellweg X c durch die trimmbare Kraftsimulationseinheit 6 kommandiert), ohne daß ein Ventilweg X v kommandiert wird.
Der Übergang zum aktiven Stellsystemzustand ist anhand Fig. 5b nachvollziehbar. Der bei einem konventionellen hydromechanischem Stellsystem 4 gehäusefest fixierte Drehpunkt C des Summenhebels 36 ist im passiven Stellsystemzustand durch die Federn 34 bei fehlendem Steuerdruck freigegeben und damit verschiebbar. Er wird erst durch positiven, dem Systemdruck entsprechenden Steuerdruck fixiert, wenn beide Abschaltsignale 13 und 14 entregt sind. Im passiven Zustand dieses Stellsystems schwenkt bei beliebigen Ver­ stellungen X des Seitenruders 1 daher der Summenhebel 36 um einen "gleitenden Fixpunkt" C, daß heißt, um den Eingriffspunkt in den Hauptkontrollventil-Steuerschieber, so daß dem federzentrierten Ventil kein Ventilweg kommandiert wird.
Diese erfindungsgemäße Lösung für eine steuerdruckgeschaltete Kupplung mit der Wirkung, ein differentielles Summengestänge zu öffnen bzw. zu schließen, ist hier am Beispiel eines hydrome­ chanischen Stellsystems 4 mit stehendem Gehäuse und bewegtem Kolben erläutert. Für Stellsysteme mit strukturfest angelenktem Kolben und bewegtem Gehäuse sind die gleichen Prinzipien anwend­ bar und Bestandteil der Erfindung, wenn auch nicht näher erläu­ tert.
Ein Merkmal und Bestandteil der erfindungsgemäßen Lösung ist die Selbstsynchronisationsfähigkeit der oben beschriebenen Kupplung (Fig. 5b) bezogen auf die Pedalstellung X c bei beliebiger Sei­ tenruderstellung X und beim Umschalten vom passiven auf den aktiven Systemzustand. Bei ausgeschwenktem Fixpunkt C im passiven Zustand und Umschalten (positiver Steuerdruck) wird der Punkt C bei einer Abweichung X von X c relativ zum Gehäuse verschoben und somit ein Ventilweg X v kommandiert, der infolge gleichzeitigem Umschaltens des By-Pass-Ventiles 4 b auf die aktive Stellung (Steuerventil 24 mit Zylinderkammer 48 verbunden) zu einer Kol­ benbewegung führt, die die Ruderposition, repräsentiert durch X, mit dem anstehenden Signaleingangsweg X c synchronisiert (C in fixierter Mittelstellung, X = X c, X v = Null)
Eine weitere erfindungsgemäße Variante der Seitenruder-Steue­ rungsanordnung besteht darin, daß das mechanisch angesteuerte Stellsystem 4 so ausgelegt ist, daß die bei seiner Betätigung erzeugbaren Steuerkräfte größer sind als die eines einzelnen elektrohydraulischen Stellsystems 2, 3. Hierdurch ist es möglich, daß bei Fehlern in den Steuerungskanälen 9, 10 der Pilot in der Lage ist, durch Abschalten der elektrisch signalisierten Höhen­ ruderansteuerung 9, 10 und Aktivierung des mechanischen Stellsy­ stems 4 aufgrund dessen größeren Kraftausgangs das Seitenruder 1 entgegen der Kraft eines fehlerhaften und passivierten elektri­ schen Steuerungskanals in die gewünschte Position zu bringen. Da­ bei sprechen in dem fehlerhaften elektrohydraulischen Stellsystem 2, 3 Überdruckventile an, die dieses bezogen auf die Ruderstellung zum Nachgeben zwingen.
Eine vorteilhafte Ausgestalltung der Erfindung betrifft die Über­ wachung des mechanischen Steuerungssignal-Übertragungssystems ge­ gen mechanische Fehler, insbesondere gegen Klemmfälle in dem kup­ pelbaren, mechanischen und differentiellen Signalgestänge 31-36 (Fig. 5b). Ein solcher Klemmfall, der während des normalen elek­ trischen Steuerungsmodes nicht entdeckt wird (schlafender Fehler), würde im Fall der Nutzung des mechanischen Steuerungsmodes zu dessen Nichtbenutzbarkeit führen. Um diesem Fall nicht eintreten zu lassen, ist am Signaleingang von der Pilotenseite her zum me­ chanischen Stellsystem 4 eine definierte Federstrebe 25 vorge­ schaltet, die folgende Funktion erfüllt (Fig. 6): Bei federzen­ trierter Pedale 15 (zentriert durch Kraftsimulationseinheit 6) arbeitet die Wegrückführung X des Kolbens auf das offene Differen­ tial gemäß Fig. 5b und das Auge des Differentialhebels 31 vom Piloten (Signalweg X c = Null) steht still. Liegt ein Klemmfall in diesem Kupplungsmechanismus vor, so führt ein Ruderausschlag bei blockiertem, fixiertem Differential rückwirkend auch zu einem Weg X c . Da die Pedale 15 federzentriert sind, also keine Bewegung vollführen, erfolgt durch diesen Weg X c am Signaleingang zum Stellsystem eine Verschiebung des Steuerstranges, die zu einem Komprimieren der Feder 16 führt. Diese Federstrebe 25 hat zwei Schalter 45, 46, die im Falle einer Verschiebung des Signalabgriff­ punktes ansprechen und ein Warnsignal auslösen. Liegt ein Klemm­ fall vor, so wird bei dem im Flug zu erwartenden Seitenruderbe­ tätigungen eine Warnung erfolgen. Die Schalter 45, 46 sind selbst­ überwachend ausgelegt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Überwachung, d.h. Fehlererkennung des hydromechanischen Stellsystems 4 vor dem Start. Das By-Pass-Ventil 4 b des hydrome­ chanischen Stellsystems 4 ist mit einem elektrischen Positions­ sensor 26 versehen, der in einem automatisierten Vorflug-Test dann ein Warnsignal erzeugt, wenn das hydromechanische Stellsy­ stem 4 nicht in der passiven (By-Pass-) stellung ist (Fig. 5a).
  • Bezugszeichenliste  1 Seitenruder
     2 elektrohydraulisches Stellsystem
     3 elektrohydraulisches Stellsystem
     4 hydromechanisches Stellsystem
     4 a Hydrauliksystem von 4
     4 b By-Pass-Ventil
     5 Abschaltlogik
     6, 6′ trimmbare Kraftsimulationseinheit
     7 mechanischer Signalstrang
     8 Computer
     9 elektrohydraulischer Steuerungskanal
    10 elektrohydraulischer Steuerungskanal
    11 Aufschaltsignal für einen elektrohydraulischen Steuerungskanal
    12 Aufschaltsignal für einen elektrohydrualischen Steuerungskanal
    13 Abschaltsignal für die Abschaltlogik 5
    14 Abschaltsignal für die Abschaltlogik 5
    15 Seitenruder-Steuerungspedale
    16 Feder
    17 Trimmschalter
    18 Test-Schalteinheit
    19 Autopilotcomputer
    20 Positionssensoren
    21 Piloteneingangssignal für Schalteinheit 18
    22 Magnetventil
    23 Magnetventil
    24 Steuerventil
    25 Federstrebe
    26 Positionssensor
    27 Kupplung des differentiellen Signalgestänges
    28 Steuerkolben (symbolisch), entspricht funktionell 35
    29 Steuerdruck
    30 Schubstange (Signaleingangs-Stange)
    31 Differentialhebel
    32 Weg-Summenpunkt
    33 Feststelleinrichtung
    34 Feder
    35 Steuerkolben
    36 Summenhebel
    37 -
    38 Schubstange (Wegrückführungs-Stange)
    39 -
    40 Umschaltvorrichtung
    41 Bedienelement für die manuelle Trimmsignaleingabe
    42 Zentrierfederpaket
    43 Getriebe
    44 Verstellstrang für Getriebe 43 
    45 Schalter
    46 Schalter
    47 -
    48 Hydraulikzylinder
    C Drehpunkt des Summenhebels
    R Rücklauf-Druckleitung des dem Stellsystem 4 zugeordneten Hydrauliksystems
    P Hochdruckleitung des dem Stellsystem 4 zugeordneten Hydrauliksystems

Claims (21)

1. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge, ins­ besondere für Flugzeuge, bestehend aus von Piloten betätigbaren Pedalen sowie Autopilotencomputer zur Seitenruder-Steuerungssig­ nalerzeugung, einem über drei hydraulische Stellsysteme angetrie­ benen Seitenruder, sowie einer kombinierten, elektrisch oder me­ chanisch arbeitenden Übertragungsvorrichtung für das Seitenruder- Steuerungssignal, dadurch gekennzeichnet, daß das Seitenruder (1) primär von zwei elektrisch/hydraulischen Steuerungskanälen (9, 10) angetrieben wird, daß jeder dieser Steu­ erungskanäle über mindestens einen Computer (8) und ein elektro­ hydraulisches Stellsystem (2, 3) verfügt, welches von dem jeweils zugeordneten Computer (8) angesteuert und überwacht wird, daß alternativ oder nach Ausfall eines oder beider dieser beiden Steuerungskanäle (9, 10) das Seitenruder (1) durch ein hydrome­ chanisches Stellsystem (4) betätigt wird, dessen mechanisches Eingangssignal in bekannter Weise von Piloten über Pedale (15) erzeugt wird, daß von den elektrohydraulischen Stellsystemen (2, 3) sowie dem hydromechanischem Stellsystem (4) jeweils nur ein Stellsystem zur Zeit aktiv ist, daß bei einem Ausfall eines der Stellsysteme (2, 3, 4) das jeweils Prioritätsnächste eingeschaltet wird, wobei das hydromechanische Stellsystem (4) die niedrigste Einschaltpriorität hat, daß die elektrohydraulischen Stellantrie­ be (2, 3) die von den jeweils ansteuernden Computern (8) aus dem Pilotensignal, dem Trimmsignal, dem Autopilotensignal und dem Gierdämpfungssignal erzeugten Seitenruderstellbefehle ausfüh­ ren, daß die Pedalstellung im pedalkraftfreien Zustand dem von einer trimmbaren Kraftsimulationseinheit (6) eingespeisten Trimm­ kommando folgt, daß in pilotenkraftbetätigter Pedalstellung das Stellsystem (4) diese Einstellung in der Ansteuerung des Seiten­ ruders (1) berücksichtigt, daß das hydromechanische Stellsystem (4) eine Abschaltlogik (5) beinhaltet, die von den Computern (8) der Steuerungskanäle (9, 10) aktiviert wird, daß bei fehlenden Aktivierungssignalen (13, 14) die Abschaltlogik (5) passiviert wird und das hydromechanische Stellsystem (4) betätigbar ist, daß alle Aufschaltsignale (11, 12) zu den elektrohydraulischen Stell­ systemen (2, 3) und die Abschaltsignale (13, 14) zum hydromechani­ schen Stellsystem (4) über eine von Piloten bedienbare Schaltein­ heit (18) geführt sind, daß die trimmbare Kraftsimulationseinheit (6) durch eine trimmbare Kraftsimulationseinheit (6′) ersetzbar ist oder mit dieser kombiniert wird.
2. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrohydraulischen Stellsysteme (2, 3) und das hydromechanische Stellsystem (4) so ausgelegt sind, daß ihre maximal mögliche Kraft kleiner oder gleich ist der im Hochgeschwindigkeitsflug auftretenden Ausschlagkraft bei Erreichung des maximal zulässigen und zur Steuerbarkeit erforderlichen Ruderausschlagwinkels, aber hinreichend groß für alle Niedergeschwindigkeitssteuerfälle.
3. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trimmbare Kraftsimulationseinheit (6) oder (6′) im Heck oder an den Pedalen (15) im Cockpit angeordnet ist.
4. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die elektrohydraulischen Stellsysteme (2, 3) durch ein magnetisch erregbares Einschaltventil aktiviert, und daß das hy­ dromechanische Stellsystem (4) parallel durch magnetisch erreg­ bare Ventile in der Abschaltlogik (5) passiviert werden.
5. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß im Normalfall die Schalter der vom Piloten bedienbaren Schalteinheit (18) geschlossen sind, im Fehlerfall oder zu Test­ zwecken von dem Piloten geöffnet werden.
6. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungsmöglichkeit einzelne oder alle Leitungs­ verbindungen beinhaltet.
7. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die trimmbare Kraftsimulationseinheit (6′) dem Piloten eine ru­ derausschlagabhängige Kraft abverlangt und über keine ausfallge­ sicherte motorische Verstellung verfügt, sondern über ein manu­ elles Piloten-Eingangssignal (41) verstellt wird.
8. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trimmsignaleingabe über ein manuelles Bedienelement (41) und einen Verstellstrang (44) auf ein Getriebe (43) wirkt, welches ein Zentrierfederpaket und damit die pedalkraftfreie Nullstellung der Pedalen (15) verstellt.
9. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß Anspruch 7 und Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Kombination der trimmbaren Kraftsimulationsein­ heiten (6) und (6′) vorgesehen ist.
10. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der elektrohydraulischen Stellsysteme (2, 3) ein einzelner oder mehrere Computer (8, ..., 8c) gleichen Typs zugeordnet sind, und daß der oder die Computer (8, ..., 8c) auch zur Aktivierung der Abschaltlogik (5) des hydromechanisches Stellsystems (4) dienen.
11. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der elektrohydraulischen Stellsysteme (2, 3) zwei oder mehr Computer (8, ...) gleichen Typs zugeordnet sind, wobei in jedem der beiden elektrohydraulischen Steuerungskanäle (9, 10) un­ terschiedliche Computertypen zur Anwendung kommen, die unter an­ derem zu zweit oder zu mehreren die Abschaltlogik (5) des hydro­ mechanischen Stellsystems (4) aktivieren.
12. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschaltlogik (5) im aktivierten Zustand dafür sorgt, daß die mechanische Wegrückführung (X) des Kolbens dieses Stellsystems (4) am offenen Differential bei feststehenden oder bewegten Pedalen (15) absorbiert wird, ohne daß ein Ventil­ weg (Xv) kommandiert wird und ein By Pass-Ventil (4 b) des hydro­ mechanischen Stellsystems (4) den Antrieb in By-Pass-Stellung schaltet.
13. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drehpunkt (C) eines Summenhebels (36) in der Abschaltlogik (5) im passiven Stellsystemzustand verschiebbar angeordnet ist, und erst durch positiven, einem dem Systemdruck entsprechenden Steuerdruck fixiert wird.
14. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge gemäß Anspruch 1, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Summenhebel (36) durch Federn (34) bei fehlendem Steuer­ druck freigegeben wird.
15. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge, gemäß Anspruch 1, 12, 13 und 14, dadurch gekennzeich­ net, daß hydromechanische Stellvorrichtungen (4) mit bewegtem Gehäuse und strukturfest angelenkte Kolben verwendet werden.
16. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge, gemäß Anspruch 1, 12, 13, 14 und 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschaltlogik (5) die Selbstsynchroni­ sation der Pedalstellung (X c ) bei beliebiger Seitenruderstellung (X) während des Umschaltens vom passiven in den aktiven Zustand des hydromechanischen Stellsystems (4) vornimmt.
17. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge, nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das hydromechanische Stellsystem (4) größere Kolbenkräfte erzeugt als ein einzelnes elektrohydraulisches Stellsystem (2, 3).
18. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge, nach einem der Ansprüche 1, 2 und 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Merkmale der Ansprüche 2 und 17 gleich­ zeitig gewährleitet sind und daß die Computer (8) den ausle­ gungsgemäßen Übersteuerungsfall der elektrohydraulischen Stell­ systeme (2, 3) berücksichtigen.
19. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge, nach einem der Ansprüche 1, 12, 13, 14 und 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das kuppelbare differentielle Signalgestänge des hydromechanischen Stellsystems (4) gegen mechanische Fehler (z.B. Klemmfälle) durch Schalter (45, 46) überwacht ist, die im Fehlerfall ein Warnsignal erzeugen.
20. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge, nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein By-Pass-Ventil (4 b) am hydromechanischen Stellsystem (4) befestigt ist, welches durch einen Positionssen­ sor (26) überwacht wird, so daß der passive Zustand des Stell­ systems (4), ausgelöst durch eine aktivierte Abschaltlogik (5), in Vorflug-Test automatisch und elektrisch getestet werden kann.
21. Seitenruder-Steuerungsanordnung für Luftfahrzeuge, nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an den elektrohydraulischen Stellsystemen 2, 3 Überdruckventile angebracht sind, die sicherstellen, daß trotz eines blockierten elektrohydraulischen Stellsystems 2, 3 mit Hilfe des hydromechanischen Stellsystems 4 eine sichere Seiten­ ruderbetätigung möglich ist.
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