DE69706889T2

DE69706889T2 - Einrichtung zum Steuern der Höhe eines Flugzeuges

Info

Publication number: DE69706889T2
Application number: DE69706889T
Authority: DE
Inventors: Daniel Delgado; Panxika Larramendy
Original assignee: Aerospatiale Matra
Current assignee: Aerospatiale Matra
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2017-11-14
Also published as: EP0845726A3; DE69706889D1; EP0845726B1; FR2756634A1; EP1004951A3; DE69709838T2; EP1004951B1; EP1004951A2; US5995880A; FR2756634B1; EP0845726A2; DE69709838D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern der Höhe eines Flugzeuges, das ein Steuerknüppelsystem für den Piloten und ein Flugsteuerungssystem umfasst, das die vom genannten Steuerknüppelsystem kommenden Höhenansteuerungsbefehle erhält und die Höhensteuerungsbefehle, die an die aerodynamischen Höhensteuerungsflächen gerichtet sind, erzeugt.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verbesserung der Höhensteuerung eines Flugzeuges zu ermöglichen, insbesondere um zu vermeiden, dass sich die Steuerungsprozesse mit vertikalen Windböen verbinden und das Flugzeug übermäßig höhen Lastfaktoren aussetzen.
Die vertikalen Windböen, die das vorliegende Patent betrifft, sind Wirbelturbulenzen (und keine Hochfrequenzturbulenzen, die Quelle von Schwingungen sind), die von Wirbelrollen des Spiralwolkentyps hervorgerufen werden, die das Flugzeug, das sie durchfliegt oder sie an ihrem Rand passiert einige Sekunden lang einer aufsteigenden (oder absteigenden) Windbö, dann einer absteigenden (oder aufsteigenden) Windbö oder einer Folge von aufsteigenden und absteigenden Windböen im Falle mehrerer Spiralwolken aussetzt.
Wenn das Flugzeug bei Reisegeschwindigkeit auf Handsteuerung ist und auf eine solche aufsteigende Windbö trifft, unterliegt es zuerst einem hohen positiven Lastfaktor, so dass der Pilot reagiert, indem er das Flugzeug so steuert, dass Sturzflug ausführt, um der Wirkung des aufsteigenden Windes entgegenzuwirken. Danach ändert jedoch die Bö die Richtung und der Wind wird absteigend, so dass jetzt die Sturzflughandlung des Piloten zur absteigenden Windbö hinzukommt und auf das Flugzeug einen negativen Lastfaktor wirken lässt, der noch größer ist als der, der sich aus der Bö selbst ergeben würde. Daraus können sich also Verletzungen für die Passagiere und Beschädigungen des Flugzeugs ergeben.
Dies trifft ebenfalls zu, wenn das Flugzeug einen Autopiloten besitzt und wenn dieser Autopilot zum Zeitpunkt des Auftreffens auf die aufsteigende Windbö auf Reisegeschwindigkeit eingestellt ist.
Folge dieser Bö ist in der Tat die Ausschaltung des Autopiloten und der Übergang zu Handsteuerung entweder auf automatische Weise durch Wirken der Schutzvorrichtungen (zum Beispiel Lastigkeitsschutz) oder infolge einer instinktiven Betätigung des Steuerknüppels durch den Piloten. Auch dort kommt die Handlung des Piloten zum Sturzflug zur umgekehrten Windbö hinzu.
Der Artikel von T. Zweifel in Scientific Honeyweller, Band 10 Nr. 1, Januar 1989, Seiten 100- 116: "optimale Steuerung während des Auftreffens auf eine Windbö" beschreibt ein System zur Steuerung eines Flugzeugs in Gegenwart einer aufsteigenden und dann absteigenden Windbö.
Natürlich trifft das, was vorstehend beschrieben wurde, mutatis mutandis auf das Auftreffen auf eine absteigende und dann aufsteigende Windbö zu.
So versteht man aus dem Vorstehenden leicht auf allgemeine Weise, dass jede Steuerungshandlung, um einer Windbö entgegen zu wirken, zum Zeitpunkt der Umkehr der Richtung der genannten Windbö ihre Wirkungen zeigt, so dass diese Steuerungshandlung den bereits großen Lastfaktor, dem die genannte Bö das Flugzeug aussetzt, auf ungünstige Weise vergrößert.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung dieses Nachteils und die Verbesserung des Verhaltens und der Steuerung des Flugzeugs in Gegenwart von Böen vertikalen Windes.
Dazu ist erfindungsgemäß die Einrichtung zum Steuern der Höhe eines Flugzeugs, die ein Steuerknüppelsystem für den Piloten und ein Flughöhensteuerungssystem umfasst, das die Höhenansteuerungsbefehle erhält, die vom genannten Steuerknüppelsystem kommen, und die Höhensteuerungsbefehle für die aerodynamischen Höhensteuerungsflächen erzeugt, dahingehend bemerkenswert, dass sie folgendes umfasst:
- ein Flugsteuerungshilfssystem, das die genannten Höhenansteuerungsbefehle erhält, die von dem genannten Steuerknüppelsystem kommen, und Höhenansteuerungsbefehle erzeugt, die zumindest was die Sturzflugbefehle angeht, begrenzt sind;
- ein gesteuerter Umschalter, der zwischen den genannten Steuerungssystemen, zum einen und den genannten aerodynamischen Höhensteuerungsflächen zum anderen angeordnet ist und der an diese die vom genannten Flugsteuerungssystem kommenden Höhensteuerungsbefehle oder die vom genannten Flugsteuerungshilfssystem kommenden Höhensteuerungsbefehle richten kann; und
- eine Einrichtung zur Ortung vertikaler Windböen, die den genannten gesteuerten Umschalter überwacht, damit die genannten begrenzten Höhenansteuerungsbefehle während solcher vertikaler Windböen an die genannten aerodynamischen Flächen gerichtet werden.
So werden die vom Piloten kommenden willkürlichen Höhenansteuerungsbefehle während vertikaler Windböen durch das Flugsteuerungshilfssystem begrenzt, wodurch die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsart der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung umfasst die Einrichtung zum Erfassen vertikalen Windböen folgendes:
- Subtraktionsmittel, in die die erste Ableitung in Bezug auf die Zeit des aktuellen Anstellwinkels und die erste Ableitung in Bezug auf die Zeit der aktuellen Fluglage des Flugzeugs eingegeben wird und die an ihrem Ausgang den Absolutwert der Differenz zwischen den genannten Ableitungen liefern;
- erste Vergleichsmittel, um den genannten Absolutwert mit einem oberen Schwellenwert zu vergleichen und ein Signal zu liefern, wenn der genannte Absolutwert größer ist als der genannte obere Schwellenwert;
- zweite Vergleichsmittel, um die aktuelle Machzahl des Flugzeugs mit einem Machzahl- Schwellenwert zu vergleichen und ein Signal zu liefern, wenn die genannte aktuelle Machzahl größer ist als der genannte obere Machzahl-Schwellertwert; und
- erste Logikmittel des Typs UND, die an ihren Eingängen jeweils folgendes erhalten:
- das genannte, sich aus dem Vergleich des genannten Absolutwerts mit dem genannten oberen Schwellenwert ergebende Signal (d);
- das genannte, sich aus dem Vergleich der genannten aktuellen Machzahl mit dem genannten Machzahl-Schwellenwert ergebende Signal; und
- ein Signal, das repräsentativ ist, da die aerodynamischen Klappen und Schnäbel des genannten Flugzeugs eine glatte Konfiguration besitzen,
wobei die genannten ersten Logikmittel an ihrem Ausgang ein Signal liefern, das repräsentativ für das Vorhandensein vertikaler Windböen ist.
Weiterhin umfasst die genannte Vorrichtung zur Erfassung von vertikalen Windböen vorzugsweise Ableitungsmittel, die Signale erhalten, die repräsentativ für die aktuelle Fluglage und den aktuellen Anstellwinkel sind, und an ihrem Ausgang die genannten ersten Ableitungen liefern.
So hängt in der Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der genannte gesteuerte Umschalter von einem elektrischen Signal ab, das repräsentativ für vertikale Windböen ist, wobei man das genannte Signal auf besonders einfache Weise erhält, indem nur Kennwerte verwendet werden, die an Bord eines Flugzeugs zur Verfügung stehen, das heißt, der Anstellwinkel, die Fluglage, die Machzahl und die Stellung der aerodynamischen Klappen und Schnäbel.
Vorzugsweise umfasst die Ortungsvorrichtung in der Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin:
- dritte Vergleichsmittel, um den genannten Absolutwert mit einem Schwellenwert zu vergleichen, der kleiner ist als der genannte obere Schwellenwert, und um ein Signal zu liefern, wenn der genannte Absolutwert kleiner ist als der genannte untere Schwellenwert; und
- zweite, zwischen den genannten ersten Vergleichsmitteln und den genannten ersten Logikmitteln eingefügte Logikmittel, wobei die genannten zweiten Logikmittel an ihren Eingängen die genannten Signale erhalten, die sich aus den Vergleichen des genannten Absolutwerts mit den genannten Schwellenwerten ergeben und die den genannten zweiten Logikmitteln
- entweder kein Signal liefern, wenn das sich aus dem Vergleich des genannten Absolutwertes mit dem genannten unteren Schwellenwert ergebende Signal existiert;
- oder das sich aus dem Vergleich des genannten Absolutwertes mit dem genannten oberen Schwellenwert ergebende Signal insofern als der genannte Absolutwert größer ist als der genannte untere Schwellenwert.
So kann man eine Information zum Ende der Windbö erhalten. Ein solcher unterer Schwellenwert kann mindestens annähernd gleich 0,5 Winkelgrad pro Sekunde sein.
Um zu vermeiden, dass das genannte elektrische Signal, das repräsentativ für eine Bö ist, sofort verschwindet, sobald der genannte Absolutwert (indem er kleiner wird) gleich dem genannten oberen Schwellenwert wird, wenn der genannte Absolutwert am genannten oberen Schwellenwert von einem höheren Wert zu einem niedrigen Wert übergeht, halten im übrigen die genannten zweiten Logikmittel das genannte Signal, das repräsentativ für das Vorhandensein einer vertikalen Windbö ist, bis der genannte Absolutwert unter den genannten unteren Schwellenwert absinkt, insofern
- die genannte aktuelle Machzahl größer ist als der genannte Machzahl-Schwellenwert;
und
- die aerodynamischen Klappen und Schnäbel des genannten Flugzeugs eine glatte Konfiguration besitzen.
So erhält man eine Bestätigung des Endes der Bö.
Um keine momentanen Winde, die nicht repräsentativ für Böen sind, und insbesondere Messgeräusche zu erfassen, ist es von Vorteil, dass die Ortungsvorrichtung Mittel umfasst, um den genannten Absolutwert zu filtern, bevor man ihn mit dem genannten oberen Schwellenwert vergleicht. Dieser kann entsprechend einer weiteren Besonderheit der vorliegenden Erfindung zumindest annähernd gleich 1 Winkelgrad pro Sekunde gewählt werden.
Um eine ungewollte Erzeugung des genannten elektrischen Signals, das repräsentativ für das Vorhandensein einer vertikalen Windbö ist und den genannten gesteuerten Umschalter steuert, zu vermeiden, werden Mittel vorgesehen, um diese Erzeugung davon abhängig zu machen, dass der genannte Absolutwert zumindest während einer ersten bestimmten Dauer größer ist als der genannte obere Schwellenwert. Diese erste bestimmte Dauer kann einen Wert in der Größenordnung von 200 ms haben.
Damit die Bestätigung des Endes der Bö noch größer ist, wird das Halten des genannten Signals, das repräsentativ für das Vorhandensein einer vertikalen Windbö ist, weiterhin davon abhängig gemacht, dass der genannte Absolutwert mindestens über eine zweite vorbestimmte Dauer kleiner ist als der genannte untere Schwellenwert. Eine solche zweite vorbestimmte Dauer kann 1 Sekunde betragen.
Die Figuren der beigefügten Zeichnung machen gut verständlich, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. Auf diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente.
Fig. 1 ist ein Diagramm der Geschwindigkeiten eines fliegenden Flugzeugs.
Fig. 2 ist das Übersichtsschema einer Ausführungsart der Vorrichtung zum Orten von vertikalen Windböen, die in die Einrichtung zum Steuern, die der vorliegenden Erfindung entspricht, eingebaut ist.
Fig. 3 ist das Übersichtsschema eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung zum Steuern der Höhe eines Flugzeugs, das der vorliegenden Erfindung entspricht.
Auf Fig. 1 wurde das Diagramm der Geschwindigkeiten dargestellt, die auf einen Schwerpunkt 1 eines Flugzeugs 2 im Steigflug wirken, das auf eine aufsteigende vertikale Windbö trifft. Auf dieser Fig. 1 ist die Längsachse 3 des Flugzeugs 2 von der Trimmlage A in bezug auf die Horizontlinie 4 geneigt und weist den Anstellwinkel α in Bezug auf die aerodynamische Geschwindigkeit auf, der selbst schräg zur aerodynamischen Steigung γ in Bezug auf die genannte Horizontlinie 4 liegt. Die Geschwindigkeit des aufsteigenden vertikalen Winds kommt zur genannten Geschwindigkeit hinzu, um die Geschwindigkeit des genannten Flugzeugs 2 in Bezug auf den Boden zu bilden, wobei diese Geschwindigkeit schräg zur Steigung γBoden in Bezug auf die Horizontlinie 4 liegt.
Man kann leicht feststellen, dass: γBoden = γ + (Wz)/VLuft, wobei Wz und VLuft beziehungsweise die Längen der Vektoren und liegt.
Im übrigen ist γ = θ - α, so dass
γBoden = θ - α + (Wz)/VLuft.
Da wie vorstehend erklärt erfindungsgemäß versucht wird, das Verhalten des Flugzeugs bei Reisegeschwindigkeit zu verbessern, kann man die Messung von γßoden weglassen und sie als gleich null betrachten.
Daraus folgt
(Wz)/VLuft = α - θ.
Wenn man augenblickliche Windänderungen δ/δt(Wz)/VLuft betrachtet, so sieht man, dass diese Änderungen mit der vorstehend aufgestellten Hypothese gleich - sind, was die Differenz zwischen den ersten Ableitungen in Bezug auf die Zeit des aktuellen Anstellwinkels α und der aktuellen Fluglage θ des Flugzeugs 2 darstellt.
Durch Messung der genannten Differenz - werden also augenblickliche Windänderungen ermittelt. Um positive (aufsteigende) wie auch negative (absteigende) Augenblicksänderungen des Windes erfassen zu können, misst man in Wirklichkeit den Absolutwert - der genannten Differenz, und man vergleicht ihn mit einem Schwellenwert zur Böenerfassung Ss. Ein solcher Schwellenwert Ss wird in Winkelgrad pro Sekunde ausgedrückt und kann beispielsweise mindestens annähernd gleich 1º/s sein.
Wenn - größer ist als Ss, geht man also davon aus, dass das Flugzeug 2 von einer vertikalen Windbö getroffen ist.
Auf Fig. 2 ist das Übersichtsschema eines Detektors 5 von vertikalen Windböen für die Steuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieser Detektor 5 ist an Bord des Flugzeugs 2 montiert, und er umfasst vier Eingänge 5.1 bis 5.4 und zwei Ausgänge 5.5 und 5.6, wobei der Eingang 5.6 nicht für alle Anwendungen des genannten Detektors notwendig ist.
Auf die Eingänge 5.1 und 5.2 werden jeweils die, aktuelle Fluglage θ und der aktuelle Anstellwinkel α des Flugzeugs 2 geschaltet. Dank Differentiatoren 6 und 7 erhält man die ersten Ableitungen zur Zeit beziehungsweise der aktuellen Fluglage θ und des aktuellen Anstellwinkels α. Ein Subtraktionselement 8, auf das die genannten Ableitungen geschaltet werden, ermöglicht es, die Differenz von ihnen zu ermitteln und liefert an seinem Ausgang deren Absolutwert, nämlich - . Um die Messgeräusche zu beseitigen und Fehlortungen von vertikalen Windböen zu vermeiden, wird dieser Absolutwert zu einem Filter 9 geleitet.
Am Ausgang des Filters 9 wird der gefilterte Absolutwert - zu zwei Komparatoren 10 und 11 weitergeleitet. Im Komparator 10 wird der genannte gefilterte Absolutwert mit dem oberen Schwellenwert Ss, der beispielsweise gleich 1º/s ist, verglichen, wohingegen er im Komparator 11 mit einem unteren Schwellenwert Si verglichen wird, der beispielsweise gleich 0,5º/s ist.
Wenn und ausschließlich wenn der genannte gefilterte Absolutwert
- größer ist als der obere Schwellenwert Ss, sendet der Komparator 10 an seinem Ausgang ein Signal d der Ortung von vertikalen Windböen aus;
- kleiner ist als ein unterer Schwellenwert Si, sendet der Komparator 11 an seinem Ausgang ein Signal a über das Nichtvorhandensein von vertikalen Windböen aus.
Zählmittel 12 und 13 messen die Dauer der Signale d und a und senden sie an ein Wippe 14 des Typs SR*, wenn sie lange genug dauern. Das Signal d wird zum Beispiel zum Eingang S der Wippe 14 übertragen, wenn seine Dauer mindestens gleich 200 ms beträgt, wohingegen das Signal a zum Eingang R* der Wippe 14 übertragen wird, wenn seine Dauer mindestens 1 s beträgt. Der Ausgang Q der Wippe ist mit einem der Eingänge 15.1 eines Gatters 15 des Typs UND mit 3 Eingängen verbunden, dessen Ausgang 15.4 den Ausgang 5.5 des Detektors 5 bildet. Der andere Ausgang 5.6 des genannten Detektors ist mit dem Eingang R* der genannten Wippe 14 verbunden.
Auf den Eingang 5.3 des Detektors 5 ist ein Signal cl geschaltet, das deshalb repräsentativ ist, weil das Flugzeug 2 eine glatte Konfiguration aufweist, das heißt, dass keine seiner Klappen oder Schnäbel ausgefahren ist. Der Eingang 5.3 ist mit dem Eingang 15.2 des Gatters 15 verbunden.
Im übrigen erhält der Eingang 5.4 des Detektors 5 die aktuelle Machzahl M des Flugzeugs 2. Diese aktuelle Machzahl M wird in einem Komparator 16 mit einem Machzahl-Schwellenwert Mo, der zum Beispiel gleich 0,53 ist, verglichen. Der Ausgang des Komparators 16 ist mit dem Eingang 15.3 des UND-Gatters verbunden und sendet erst an dieses ein Signal m aus, wenn die aktuelle Machzahl M größer ist als der Schwellenwert Mo.
Das Ausführungsbeispiel des Detektors 5, das von der Fig. 2 gezeigt wird, funktioniert folgendermaßen:

A - Flug mit Reisegeschwindigkeit ohne vertikale Windböen

Da sich das Flugzeug im Flug mit Reisegeschwindigkeit befindet, ist seine Konfiguration glatt und seine Machzahl ist größer als Mo. Dann werden die Eingänge 15.2 und 15.3 des UND- Gatters gespeist.
Da es keine vertikale Windböen gibt, liegt im übrigen der durch den Filter 9 gefilterte Absolutwert - unter dem Schwellenwert Si, so dass das Signal d nicht existiert und das Signal a, dessen Dauer durch die Rechenmittel 13 bestätigt worden ist, auf den Eingang R* der Wippe 14 und den Ausgang 5.6 des Detektors 5 geschaltet wird. Es erscheint also kein Signal am Ausgang Q des Wippe 14.
So wird in diesem Falle der Eingang 15.1 des UND-Gatters 15 nicht gespeist, und am Ausgang 5.5 des Detektors 5 erscheint keinerlei Signal.

B - Flug mit Reisegeschwindigkeit mit Auftreten einer vertikalen Windbö

Wenn jetzt eine vertikale Windbö auftritt, wird der gefilterte Absolutwert - größer als der Schwellenwert Ss, so dass das Signal d, dessen Dauer durch die Rechenmittel 12 bestätigt wurde, auf den Eingang S der Wippe 14 geschaltet wird, und das Signal a verschwindet. Der Ausgang Q sendet also ein Ausgangssignal, das zum Eingang 15.1 des Gatters 15 übertragen wird. Da die beiden anderen Eingänge 15.2 und 15.3 wie vorstehend beschrieben gespeist werden, ist das UND-Gatter vorübergehend und ein Signal für das Vorhandensein einer vertikalen Windbö erscheint am Ausgang 5.5 des Detektors 5.

C - Reisegeschwindigkeit mit Verschwinden einer vertikalen Windbö

Wenn die vertikale Windbö verschwindet,
- wird zuerst der gefilterte Absolutwert - kleiner als der Schwellenwert Ss, bleibt jedoch größer als der Schwellenwert Si, so dass die Signale d und a beide null sind. Daraus ergibt sich, dass der Ausgang Q unverändert bleibt und weiter sein Ausgangssignal aussendet und dass folglich, das Signal für das Vorhandensein einer vertikale Windbö weiterhin am Ausgang 5.5 des Detektors 5 anliegt;
- dann wird der gefilterte Absolutwert - kleiner als der Schwellenwert Si, so dass das Signal a erscheint und auf den Eingang R* geschaltet wird. Das Gatter 15 sendet also kein Signal an seinen Ausgang Q und das Flugzeug 2 kehrt in den Zustand zurück, den es vor dem Auftreten der vertikalen Windbö hatte.
Auf Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Steuern der Höhe des Flugzeugs 2 dargestellt worden. Diese Steuereinrichtung umfasst folgendes:
- ein Steuerknüppelsystem 20 für den Piloten zur Erzeugung von Höhenansteuerungsbefehlen, insbesondere Sturzflugbefehlen;
- ein Flugsteuerungshauptsystem 21, das an seinem Eingang 21.1 die genannten, vom genannten System 20 kommenden Höhenansteuerungsbefehle erhält und an seinem Ausgang 21.2 Höhensteuerungsbefehle für aerodynamische Flächen 22 (nicht im Detail dargestellt) der Höhensteuerung erzeugt;
- ein Flugsteuerungshilfssystem 23, das an seinem Eingang 23.1 (genau wie das Flugsteuerungshauptsystem 21) die genannten, vom genannten Steuerknüppelsystem 20 kommenden Höhenansteuerungsbefehle erhält und an seinem Ausgang 23.2 Höhenansteuerungsbefehle erzeugt, die zumindest hinsichtlich der Sturzflugbefehle begrenzt sind;
- ein gesteuerter Umschalter 24, der zwischen dem Flugsteuerungssystem 21 und 23 zum einen und den genannten aerodynamischen Flächen 22 zum anderen angeordnet ist, wobei der genannte Umschalter entweder den Ausgang 21.2 oder den Ausgang 23.2 mit ihnen verbinden kann;
- die Ortungsvorrichtung 5, die den genannten gesteuerten Umschalter 24 durch seinen Ausgang 5.5 überwacht; und
- eine Zählvorrichtung 25, die zwischen der Ortungsvorrichtung 5 und dem gesteuerten Umschalter 24 eingefügt ist.
Im Flugsteuerungshilfssystem 23 ist die Berechtigung zum Sturzflug verringert, sodass die Handlung des Piloten bei Auftreffen auf eine vertikale Windbö nicht zu einem übermäßigen Anstieg des auf das Flugzeug wirkenden Lastfaktors beitragen kann.
Solange die Vorrichtung 5 keine vertikale Windbö ortet, werden die aerodynamischen Höhensteuerungsflächen 22 über den Umschalter 24 durch die vom Hauptsystem 21 erzeugten Befehle in Übereinstimmung mit den Befehlen betätigt, die sich aus der Betätigung des Steuerknüppelsystems 20, das durch den Piloten betätigt wird, ergeben.
Wenn eine vertikale Windbö auftritt, bewirkt die Ortungsvorrichtung 5 das Kippen des Umschalters 24, so dass jetzt das Hilfssystem 23 mit begrenzter Berechtigung unter der, Steuerung des Steuerknüppelsystems 20 die aerodynamischen Flächen für den Sturzflug 22 betätigt.
Wenn die vertikale Windbö verschwindet, bewirkt die Ortungsvorrichtung 5 ein Zurückkippen des Umschalters 24, so dass die aerodynamischen Flächen 22 erneut durch das Hauptsystem 21 betätigt werden.
Dank dem Zähler 25 kann der vorstehende Prozess beispielsweise folgendermaßen aussehen: wenn eine Windbö vor weniger als 6 Sekunden geortet worden ist, wird das Hilfssystem 23 in mindestens 10 Sekunden aktiviert. Verschwindet die Bö, so wird das Hauptsystem 21 erneut aktiviert, wenn die Bö seit mehr als 4 Sekunden verschwunden ist und wenn der Steuerknüppel 20 seit mehr als einer Sekunde nicht zum Sturzflug aktiviert worden ist um eine Unterbrechung in der Berechtigung am Steuerknüppel zu vermeiden, die den gesteuerten Nachlauf (aircraft pilot coupling) begünstigen kann.
Natürlich ist der vorstehende Prozess nur ein Beispiel unter anderen. Allgemein muss die Beschränkung der Höhenansteuerungsbefehle, die durch das Flugsteuerungshilfssystem 23 erzeugt werden, ein Kompromiss zwischen folgenden Aspekten sein:
- die Berechtigung zum Sturzflug maximal zu reduzieren, um das Risiko übermäßig hoher Lastfaktoren zu verringern; und
- dem Piloten eine ausreichende Berechtigung zum Sturzflug einzuräumen, damit er einem anderen Flugzeug in turbulenter Atmosphäre ausweichen kann.
Obwohl das Flughilfssystem 23 vorstehend als vom Hauptflugsystem unabhängiges System dargestellt worden ist, könnte es selbstverständlich dessen Bestandteil sein.

Claims

1. Einrichtung zum Steuern der Höhe eines Flugzeugs, die ein Steuerknüppelsystem (20) für den Piloten und ein Flughöhensteuerungssystem (21) umfasst, das die Höhenansteuerungsbefehle erhält, die vom genannten Steuerknüppelsystem (20) kommen, und die Höhensteuerungsbefehle für die aerodynamischen Höhensteuerungsflächen (22) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgendes umfasst:

- ein Flugsteuerungshilfssystem (23), das die genannten Höhenansteuerungsbefehle erhält, die von dem genannten Steuerknüppelsystem (20) kommen, und Höhenansteuerungsbefehle erzeugt, die zumindest was die Sturzflugbefehle angeht, begrenzt sind;

- ein gesteuerter Umschalter, der zwischen den genannten Steuerungssystemen (21, 23) zum einen und den genannten aerodynamischen Höhensteuerungsflächen (22) zum anderen angeordnet ist und der an diese die vom genannten Flugsteuerungssystem (21) kommenden Höhensteuerungsbefehle oder die vom genannten Flugsteuerungshilfssystem (23) kommenden Höhensfeuerungsbefehle richten kann;

und

- eine Vorrichtung (5) zur Ortung vertikaler Windböen, die den genannten gesteuerten Umschalter (24) überwacht, damit die genannten begrenzten Höhenansteuerungsbefehle während solcher vertikaler Windböen an die genannten aerodynamischen Flächen gerichtet werden.

2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet; dass die genannte Vorrichtung (5) zur Ortung von vertikalen Windböen folgendes umfasst:

- Subtraktionsmittel (8), in die erste Ableitung ( ) in Bezug auf die Zeit des aktuellen Anstellwinkels (α) und die erste Ableitung ( ) in Bezug auf die Zeit der aktuellen Fluglage (θ) des Flugzeugs eingegeben wird und die an ihrem Ausgang den Absolutwert - der Differenz zwischen den genannten Ableitungen liefern;

- erste Vergleichsmittel (10), um den genannten Absolutwert mit einem oberen Schwellenwert (Ss) zu vergleichen und ein Signal (d) zu liefern, wenn der genannte Absolutwert größer ist als der genannte obere Schwellenwert (Ss);

- zweite Vergleichsmittel (16), um die aktuelle Machzahl des Flugzeugs (M) mit einem Machzahl-Schwellenwert (Mo) zu vergleichen und ein Signal (m) zu liefern, wenn die genannte aktuelle Machzahl größer ist als der genannte obere Machzahl-Schwellenwert;

- und

- erste Logikmittel (15) des Typs UND, die an ihren Eingängen jeweils folgendes erhalten:

- das genannte, sich aus dem, Vergleich des genannten Absolutwerts mit dem oberen Schwellenwert ergebende Signal (d);

- das genannte, sich aus dem Vergleich der genannten aktuellen Machzahl mit dem genannten Machzahl-Schwellenwert (Mo) ergebende Signal (m); und

- ein Signal (cl), das repräsentativ ist, da die aerodynamischen Klappen und Schnäbel des genannten Flugzeugs eine glatte Konfguration besitzen,

wobei die genannten ersten Logikmittel (15) an ihrem Ausgang (15.4) ein Signal liefern, das repräsentativ für das Vorhandensein vertikaler Windböen ist.

3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Ortungsvorrichtung (5) Ableitungsmittel (6, 7) umfasst, die Signale erhalten, die repräsentativ für die aktuelle Fluglage (θ) und den aktuellen Anstellwinkel (α) sind, und an ihrem Ausgang die genannten ersten Ableitungen ( - ) liefern.

4. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Ortungsvorrichtung (5) folgendes umfasst:

- dritte Vergleichsmittel (11), um den genannten Absolutwert mit einem Schwellenwert (Si) zu vergleichen, der kleiner ist als der genannte obere Schwellenwert (Ss), und um ein Signal zu liefern, wenn der genannte Absolutwert kleiner ist als der genannte untere Schwellenwert (Si);

und

- zweite, zwischen den genannten ersten Vergleichsmitteln (10) und den genannten ersten Logikmitteln (15) eingefügte Logikmittel (14), wobei die genannten zweiten Logikmittel (14) an ihren Eingängen die genannten Signale (d) und (α) erhalten, die sich aus den Vergleichen des genannten Absolutwerts mit den genannten Schwellenwerten ergeben und die den genannten zweiten Logikmitteln (15)

- entweder kein Signal liefern, wenn das sich aus dem Vergleich des genannten Absolutwertes mit dem genannten unteren Schwellenwert ergebende Signal (α) existiert;

- oder das sich aus dem Vergleich des genannten Absolutwertes mit dem genannten oberen Schwellenwert ergebende Signal (d), insofern als der genannte Absolutwert - größer ist als der genannte untere Schwellenwert.

5. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der genannte Absolutwert am genannten oberen Schwellenwert (Ss) von einem höheren Wert zu einem niedrigen Wert übergeht, die genannten zweiten Logikmittel (14) das genannte Signal, das repräsentativ für das Vorhandensein einer vertikalen Windbö ist, halten bis der genannte Absolutwert unter den genannten unteren Schwellenwert (31) absinkt, insofern

- die genannte aktuelle Machzahl größer ist als der Machzahl-Schwellenwert; und

- die aerodynamischen Klappen und Schnäbel des genannten Flugzeugs eine glatte Konfiguration besitzen.

6. Steuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Ortungsvorrichtung (5) Mittel (9) zum Filtern des genannten Absolutwerts - umfasst.

7. Steuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte obere Schwellenwert (Ss) annähernd gleich 1 º/s ist.

8. Steuerungseinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass der genannte untere Schwellenwert (Si) zumindest annähernd gleich 0,5º/s ist.

9. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (12) die Erzeugung des genannten elektrischen Signals für das Vorhandensein von vertikalen Windböen davon abhängig machen, dass der genannte Absolutwert zumindest während einer ersten bestimmten Dauer größer ist als der genannte obere Schwellenwert.

10. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (13) das Halten des genannten elektrischen Signals, das repräsentativ für das Vorhandensein einer vertikalen Windbö ist, davon abhängig machen, dass der genannte Absolutwert mindestens über eine zweite vorbestimmte Dauer kleiner ist als der genannte untere Schwellenwert.