ES2221884T3 - Sistema de mando electrico para un timon de direccion de aeronave. - Google Patents
Sistema de mando electrico para un timon de direccion de aeronave.Info
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Abstract
Sistema de mando eléctrico para un timón de dirección de aeronave, estando dicho timón (1) montado rotativo alrededor de un eje (Z-Z) para poder tomar cualquier posición angular dentro de un margen de recorrido (3) que se extiende a ambos lados de la posición neutra (4) del timón (1) y limitada a cada lado de esta posición neutra por un valor máximo de recorrido (M), y comportando dicho sistema: - una palanca de pedales (7) accionada por el piloto y asociada a un transductor (8) que emite una orden eléctrica de pilotaje (y) representativa de la acción del piloto sobre dicha palanca de pedales (7); y - un accionador (9) que recibe una orden de mando (c) derivada de dicha orden de pilotaje (y) y que desplaza dicho timón de dirección (1) alrededor de dicho eje (Z- Z), caracterizado: - porque comporta, entre dicha palanca de pedales (7) y dicho accionador (9), unos medios de filtraje (12) del tipo de paso bajo que reciben dicha orden de pilotaje (y) de dicho transductor (8) y que generan dicha orden de mando (c) para dicho accionador (9); y - porque la constante de tiempo de dichos medios de filtraje (12) es más elevada cuanto mayor sea la fracción de dicho valor máximo de recorrido (M) a la que corresponda la amplitud de dicha orden de pilotaje (y).
Description
Sistema de mando eléctrico para un timón de
dirección de aeronave.
La presente invención se refiere a un sistema de
mando eléctrico para un timón de dirección de aeronave.
Es sabido que, actualmente, en la mayoría de las
aeronaves, el mando de un timón de dirección es obtenido por medio
de una conexión mecánica interpuesta entre la palanca de pedales
accionada por el piloto y dicho timón de dirección. Sin embargo, ya
se ha previsto el mando eléctrico de dicho timón de dirección de
forma semejante a lo que se hace ya para los demás timones, los
flaps, los alerones, los spoilers, etc...
Por otra parte, es sabido que el dimensionado de
dicho timón de dirección resulta de cálculos de cargas aplicadas a
dicha aeronave, con ocasión de las maniobras normalizadas. Para el
cabeceo y la guiñada, estas maniobras consisten en actuar en el
timón de dirección por medio de unas actuaciones bruscas sobre la
palanca de pedales, hasta el recorrido completo de dicho timón.
El objeto de la presente invención tiene por
objeto un sistema de mando eléctrico para un timón de dirección,
gracias al cual es posible limitar las cargas laterales aplicadas
en la maniobra en dicho timón y por lo tanto reducir el
dimensionado y la masa de este último, sin por ello reducir la
calidad de vuelo de la aeronave o la seguridad de
vuelo.
vuelo.
Con este fin, según la invención, el sistema de
mando eléctrico para un timón de dirección de aeronave, estando
dicho timón montado rotativo alrededor de un eje para poder tomar
cualquier posición angular en el interior de un margen de recorrido
que se extienda por ambos lados de la posición neutra del timón y
limitada a cada lado de esta posición neutra por un valor máximo de
recorrido, y comportando dicho sistema:
- -
- una palanca de pedales accionada por el piloto y asociada a un transductor que emite una orden eléctrica de pilotaje representativa de la acción del piloto sobre dicha palanca de pedales; y
- -
- un accionador que recibe una orden de mando derivada de dicha orden de pilotaje y que desplaza dicho timón de dirección alrededor de dicho eje, es notable:
- -
- porque comporta, entre dicho palanca de pedales y dicho accionador, unos medios de filtraje del tipo con paso bajo que reciben dicha orden de pilotaje de dicho transductor y que generan dicha orden de mando para dicho accionador; y
- -
- porque la constante de tiempo de dichos medios de filtraje es más elevada cuanto mayor sea la fracción de dicho valor máximo de recorrido a la que corresponda la amplitud de dicha orden de pilotaje.
Así, gracias a la presente invención, se
introduce, en las órdenes de pilotaje a la palanca de pedales, un
filtraje no lineal que depende del recorrido disponible para el
timón de dirección, siendo este filtraje más importante cuanto más
se acerque dicho timón de dirección a unos topes que limitan el
recorrido máximo, lo que limita las cargas aplicadas a dicho timón y
permite por lo tanto reducir el dimensionado y la masa de este
último.
Por otra parte, es sabido que es usual que un
sistema de mando del tipo mencionado anteriormente comporte además
unos medios de estabilización en guiñada que generen una orden de
estabilización que se sume a la orden de pilotaje en la palanca de
pedales. En este caso, el nivel de las cargas máximas en dicho
timón de dirección se vuelve particularmente crítico, cuando estas
órdenes son del mismo signo.
También, según otra particularidad de la
presente invención, cuando dicho sistema de mando comporta además
unos medios de estabilización en guiñada de dicha aeronave que
generen una orden de estabilización en guiñada y un primer
adicionador que efectúe la suma de dicha orden de estabilización en
guiñada y de dicha orden de mando de dicho accionador, se prevén
unos medios aptos para determinar si dicha orden de pilotaje y
dicha orden de estabilización en guiñada son del mismo signo o de
signos opuestos, y dichos medios de determinación actúan en dichos
medios de filtraje para aumentar la constante de tiempo cuando
dicha orden de pilotaje y dicha orden de estabilización son del
mismo signo.
Así, se reducen aún más las cargas aplicadas al
timón de dirección, filtrando también la orden de pilotaje en la
palanca de pedales cuando dicho timón está cerca de su posición de
recorrido máximo y que esta orden y la orden de estabilización en
guiñada son del mismo signo.
En un modo de realización práctico, el sistema
según la presente invención comporta:
- -
- un limitador que recibe dicha orden de pilotaje y que emite una señal de salida que es:
- \bullet
- ya sea dicha orden de pilotaje, cuando la magnitud de ésta corresponda a un valor de recorrido inferior a un límite igual a una fracción predeterminada de dicho valor máximo de recorrido;
- \bullet
- o bien un valor límite correspondiente a dicho límite, cuando la magnitud de dicha orden de pilotaje sea superior a este valor límite;
- -
- un primer filtro de paso bajo que presente una primera constante de tiempo y que reciba dicha señal de salida de dicho limitador;
- -
- un sustractor que efectúe la diferencia entre dicha orden de pilotaje y dicha señal de salida de dicho limitador;
- -
- un segundo filtro de paso bajo que presente una segunda constante de tiempo superior a dicha primera constante de tiempo y que reciba dicha diferencia generada por dicho sustractor; y
- -
- un segundo adicionador que efectúe la suma de las señales de salida procedentes de dichos primer y segundo filtros, para generar una orden de pilotaje filtrada por dicho accionador.
En el caso en que el sistema esté provisto de los
medios de estabilización en guiñada mencionados anteriormente puede
comportar además:
- -
- un tercer filtro de paso bajo que presente una tercera constante de tiempo superior a dicha segunda constante de tiempo y que reciba dicha diferencia generada por dicho sustractor;
- -
- un conmutador accionado, interpuesto entre dichos segundo y tercer filtros de paso bajo, por una parte, y dicho segundo adicionador, por otra parte, para poder dirigir a dicho segundo adicionador, ya sea la señal de salida procedente de dicho segundo filtro de paso bajo, o bien la señal de salida procedente de dicho tercer filtro de paso bajo; y
- -
- unos medios de mando de dicho conmutador de modo que éste:
- \bullet
- conecte dicho segundo filtro de paso bajo a dicho segundo adicionador, cuando dicha orden de estabilización en guiñada y dicha orden eléctrica de pilotaje sean de signos opuestos; o
- \bullet
- conecte dicho tercer filtro de paso bajo a dicho segundo adicionador, cuando dicha orden de estabilización en guiñada y dicha orden eléctrica de pilotaje sean del mismo signo.
De preferencia, dichos primer, segundo y tercer
filtros de paso bajo son del tipo de primera orden con una función
de transferencia de la forma \frac{1}{1 +
\tau p}, siendo \tau la constante de tiempo respectivo \tau1,
\tau2 ó \tau3 de los primer,
{}\hskip17cm segundo y tercer filtros y p la variable de LAPLACE.
{}\hskip17cm segundo y tercer filtros y p la variable de LAPLACE.
Las primera (\tau1), segunda (\tau2) y
tercera (\tau3) constantes de tiempo pueden presentar unos
valores respectivamente comprendidos entre 100 ms y 500 ms; 500 ms
y 1 segundo; y 1 segundo y 2 segundos.
Por otra parte, dicho límite puede corresponder
aproximadamente al 70% de dicho valor máximo de recorrido de dicho
timón de dirección.
Se deducirá de las figuras del dibujo adjunto
como puede realizarse la invención. En estas figuras, referencias
idénticas designan elementos semejantes.
La figura 1 muestra el esquema sinóptico de un
ejemplo de realización del sistema de mando eléctrico según la
presente invención.
La figura 2 es un diagrama que ilustra, en vista
en planta, los movimientos del timón de dirección de la aeronave
accionada por el sistema de la figura 1.
Las figuras 3, 4 y 5 ilustran la filtraje de las
órdenes de mando del timón de dirección, respectivamente para tres
magnitudes de orden diferentes.
El sistema de mando eléctrico, según la presente
invención y representado en la figura 1, está destinado al
accionamiento de un timón de dirección 1 de aeronave, montado
rotativo, en los dos sentidos, alrededor de un eje
Z-Z, del modo simbolizado por la doble flecha 2.
Como se ilustra por la vista en planta esquemática de la figura 2,
el timón 1 puede tomar cualquier posición angular alrededor de
dicho eje Z-Z en el interior de un margen de
recorrido 3, que se extiende a ambos lados de la posición
aerodinámicamente neutra 4 de dicho timón 1. El margen de recorrido
3 está limitado a cada lado de la posición neutra 4 por una
posición 5D ó 5G, que corresponde al valor máximo de recorrido M (a
derecha y a izquierda) y materializado por unos topes 6 para el
timón
1.
1.
El sistema de mando eléctrico comporta una
palanca de pedales 7, a disposición del piloto (no representado),
asociada a un transductor 8 que emite una orden eléctrica de
pilotaje en guiñada y, así como un accionador 9 que recibe,
de la salida de un adicionador 10, una orden de mando c apta para
desplazar dicho timón 1 alrededor del eje
Z-Z.
Z-Z.
El sistema de mando eléctrico de la figura 1
comporta además unos medios de estabilización en guiñada 11
(ordenador de vuelo) que generan una orden de estabilización en
guiñada s dirigida a una de las entradas del adicionador 10. La
otra entrada de dicho adicionador 10 recibe una orden yf, que
corresponde a dicha orden de pilotaje en guiñada y tras el
filtraje por un dispositivo 12, dispuesto entre el transductor 8 y
el adicionador 10.
La orden de mando c del accionador 9 es
entonces la suma de la orden filtrada yf y de la orden de
estabilización en guiñada s.
El dispositivo de filtraje 12 comporta un
limitador 13 que recibe en su entrada 13E dicha orden de pilotaje
en guiñada y y apta para limitarla en amplitud a un valor
límite \ell que corresponde a una fracción predeterminada L del
valor máximo de recorrido M. Por ejemplo, el límite L es igual al
70% del valor máximo M (ver la figura 2). El limitador 13 funciona
del siguiente modo:
- -
- si la amplitud y1 de la orden de pilotaje y es inferior al valor límite \ell, es dicha señal y que aparece en la salida 13S del limitador 13;
- -
- por el contrario, si la amplitud y2 de la orden de pilotaje y es superior al valor límite \ell, es este valor límite \ell que está presente en dicha salida 13S.
Dicho dispositivo de filtraje 12 comporta además
tres filtros de paso bajo de la primera orden 14, 15 y 16, un
sustractor 17, un adicionador 18, un conmutador accionado 19, un
dispositivo de mando 20 para dicho conmutador y un multiplicador
21.
Estos diferentes elementos están conectados del
siguiente modo:
- -
- la entrada 14E y la salida 14S del filtro 14 están respectivamente conectadas a la salida 13S del limitador 13 y a una de las entradas 18E1 del adicionador 18;
- -
- la entrada positiva 17P y la entrada negativa 17N del sustractor 17 están respectivamente conectadas a la salida del transductor 8 y a la salida 13S del limitador 13, de modo que dicho sustractor 17 facilite en su salida 17S la diferencia entre la orden eléctrica de pilotaje en guiñada y y esta misma orden limitada por el limitador 13;
- -
- las entradas 15E y 16E de los filtros 15 y 16 están conectadas en común a la salida 17S del sustractor 17;
- -
- las salidas 15S y 16S de los filtros 15 y 16 están respectivamente conectadas a las dos entradas 19E1 y 19E2 del conmutador accionado 19;
- -
- la salida 19S del conmutador accionado 19 está conectada a la otra entrada 18E2 del adicionador 18, de modo que esta última reciba ya sea la señal filtrada por el filtro 15, o bien la señal filtrada por el filtro 16, en función de la posición del conmutador 19;
- -
- el dispositivo de mando 20, que acciona el conmutador 19, es a su vez accionado por el multiplicador 21 que recibe, a la vez la orden de estabilización en guiñada s y la orden de pilotaje en guiñada y.
Se describe a continuación el funcionamiento del
sistema según la invención, con referencia a los diagramas de las
figuras 3, 4 y 5 en los cuales se ha representado la orden de
pilotaje en guiñada y en función del tiempo t, llevando
dichos diagramas además los valores límites \ell, y m, que
corresponden respectivamente a los valores angulares límites L y
M.
En la figura 3, se ha representado el caso en el
cual la orden accionada y se presenta bajo la forma de una
aspillera 22, cuya amplitud y1 es inferior al límite \ell. En
este caso, el limitador 13 deja pasar íntegramente la aspillera 22,
que aparece en su salida 13S. Por consiguiente:
- -
- el sustractor 17 recibe la misma aspillera 22 en sus dos entradas 17P y 17N, de modo que en su salida 17S, ninguna señal esté presente y ninguno de los filtros 15 y 16 está activo;
- -
- el filtro 14 recibe la aspillera 22 y el filtro redondea los frentes delantero 22A y trasero 22R abruptos de la misma, del modo representado en la figura 3.
Por lo tanto, en este caso, la señal yf está
enteramente constituida por esta aspillera con las partes frontales
delantera y trasera redondeadas 22A y 22R.
Si, ahora, la orden accionada y que se presenta
bajo la forma de una aspillera 23, cuya amplitud y2 es superior al
valor límite \ell (ver las figuras 4 y 5), el limitador 13 es
activo y entrega a su salida 13S, una aspillera que corresponde a
la aspillera 23, pero limitada a la amplitud \ell. Por
consiguiente:
- -
- el filtro 14 recibe la aspillera 23, amputada de su excedente 24 más allá de la amplitud \ell; y
- -
- el sustractor 17 facilita a su salida 17S dicho excedente 24 más allá de la amplitud \ell, dirigido a las entradas 15E y 16E de los filtros 15 y 16.
La aspillera 23, amputada del excedente 24, es
filtrada por el filtro 14 de manera parecida a la indicada más
arriba para la aspillera 22 (ver los frentes delantero y trasero
23A y 23R).
Además, dicho excedente 24 es filtrado ya sea
por el filtro 15, ya sea por el filtro 16, en función de los
signos de las órdenes y y s.
Si estos signos son opuestos, lo que es detectado
por el multiplicador 21, el conmutador 19, accionado por el
dispositivo 20, conecta la salida 15S del filtro 15 a la entrada
18E2 del adicionador 18, de modo que este excedente 24 sea filtrado
por el filtro 15, con mayor intensidad que el filtro 14 filtre la
aspillera 23 amputada, como se indica por el segmento curvado 25 en
la figura 4. En esta figura, a título de comparación, se ha
representado, en trazos discontinuos, la prolongación del frente
delantero redondeado 23A que resultaría del filtraje por el filtro
14.
Por el contrario, si las órdenes y y
s son del mismo signo, el dispositivo 20, bajo el mando del
multiplicador 21, hace bascular el conmutador 19, de modo que la
salida 16S del filtro 16 esté ahora conectada a la entrada 18E2 del
adicionador 18. El excedente 24 es entonces más intensamente
filtrado por el filtro 16 que por el filtro 15, como está
representado por el segmento curvado 26 de la figura 5. En esta
última figura, se ha representado, en trazos discontinuos, a
efectos de comparación, las prolongaciones del frente delantero
redondeado 23A, que resultarían respectivamente del filtraje por
los filtros 14 y 15.
En los dos casos de las figuras 4 y 5, la orden
filtrada yf está constituida entonces por la suma de la aspillera
23 amputada, filtrada por el filtro 14, y del excedente 24,
filtrado ya sea por el filtro 15, o bien por el filtro 16 (figura 4
ó figura 5).
Los filtros de paso bajo 14, 15 y 16 presentan
unas constantes de tiempo, comprendidas, por ejemplo,
respectivamente entre 100 ms y 500 ms; 500 ms y 1 segundo; y 1
segundo y 2 segundos. Así:
- -
- el filtraje facilitado por el filtro 14 corresponde a unos criterios de calidad de vuelo elevados;
- -
- el filtro 15 permite una reducción importante de las cargas aplicadas al timón, cuando la acción de la palanca de pedales y la acción del estabilizador de guiñada se oponen; y
- -
- el filtro 16 permite una reducción importante de dichas cargas, incluso cuando se suman la acción de la palanca de pedales y la acción del estabilizador de guiñada.
Dicha reducción de las cargas aplicadas al timón
permite reducir el dimensionado, y, por lo tanto, la masa, de
éste.
Claims (11)
1. Sistema de mando eléctrico para un timón de
dirección de aeronave, estando dicho timón (1) montado rotativo
alrededor de un eje (Z-Z) para poder tomar
cualquier posición angular dentro de un margen de recorrido (3) que
se extiende a ambos lados de la posición neutra (4) del timón (1) y
limitada a cada lado de esta posición neutra por un valor máximo de
recorrido (M), y comportando dicho sistema:
- -
- una palanca de pedales (7) accionada por el piloto y asociada a un transductor (8) que emite una orden eléctrica de pilotaje (y) representativa de la acción del piloto sobre dicha palanca de pedales (7); y
- -
- un accionador (9) que recibe una orden de mando (c) derivada de dicha orden de pilotaje (y) y que desplaza dicho timón de dirección (1) alrededor de dicho eje (Z-Z),
caracterizado:
- -
- porque comporta, entre dicha palanca de pedales (7) y dicho accionador (9), unos medios de filtraje (12) del tipo de paso bajo que reciben dicha orden de pilotaje (y) de dicho transductor (8) y que generan dicha orden de mando (c) para dicho accionador (9); y
- -
- porque la constante de tiempo de dichos medios de filtraje (12) es más elevada cuanto mayor sea la fracción de dicho valor máximo de recorrido (M) a la que corresponda la amplitud de dicha orden de pilotaje (y).
2. Sistema según la reivindicación 1, que
comporta además unos medios de estabilización en guiñada (11)
generando dicha aeronave una orden de estabilización en guiñada (s)
y un primer adicionador (10) que efectúa la suma de dicha orden de
estabilización en guiñada y de dicha orden de mando de dicho
accionador,
caracterizado:
- -
- porque comporta además unos medios (20, 21) aptos para determinar si dicha orden de pilotaje (y) y dicha orden de estabilización en guiñada (s) son del mismo signo o de signos opuestos; y
- -
- porque dichos medios de determinación (20, 21) actúan en dichos medios de filtraje (12) para aumentar la constante de tiempo cuando dicha orden de pilotaje y dicha orden de estabilización son del mismo signo.
3. Sistema de mando según la reivindicación 1,
caracterizado porque comporta:
- -
- un limitador (13) que recibe dicha orden de pilotaje (y) y que emite una señal de salida que es:
- \bullet
- ya sea dicha orden de pilotaje (y), cuando la amplitud (y1) de ésta corresponda a un valor de recorrido inferior a un límite (L) igual a una fracción predeterminada de dicho valor máximo de recorrido (M);
- \bullet
- o bien un valor límite (\ell) correspondiente a dicho límite (L), cuando la amplitud (y2) de dicha orden de pilotaje (y) es superior a este valor límite (\ell);
- -
- un primer filtro de paso bajo (14) que presenta una primera constante de tiempo y que recibe dicha señal de salida de dicho limitador;
- -
- un sustractor (17) que efectúa la diferencia entre dicha orden de pilotaje (y) y dicha señal de salida de dicho limitador (13);
- -
- un segundo filtro de paso bajo (15) que presenta una segunda constante de tiempo superior a dicha primera constante de tiempo y que recibe dicha diferencia generada por dicho sustractor (17); y
- -
- un segundo adicionador (18) que efectúa la suma de las señales de salida procedentes de dichos primer y segundo filtros (14, 15) para generar una orden de pilotaje filtrada (yf) para dicho accionador (9).
4. Sistema según la reivindicación 3,
caracterizado porque dicho primer filtro
de paso bajo (14) es del tipo de primera orden.
5. Sistema según una de las reivindicaciones 3 ó
4,
caracterizado porque dicha primera
constante de tiempo de dicho primer filtro de paso bajo (14) está
comprendida entre 100 ms y 500 ms.
6. Sistema según una de las reivindicaciones 3 a
5,
caracterizado porque dicho segundo filtro
de paso bajo (15) es del tipo de primera orden.
7. Sistema según una de las reivindicaciones 3 a
6, caracterizado porque dicha segunda constante de tiempo de
dicho segundo filtro de paso bajo (15) está comprendida entre 500
ms y 1 segundo.
8. Sistema según una de las reivindicaciones 3 a
7,
caracterizado porque dicho límite (L) es
igual aproximadamente al 70% de dicho valor máximo de recorrido
(M).
9. Sistema según la reivindicación 2 y una
cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado
porque comporta además:
- -
- un tercer filtro de paso bajo (16) que presenta una tercera constante de tiempo superior a dicha segunda constante de tiempo y que recibe dicha diferencia generada por dicho sustractor (17);
- -
- un conmutador accionado (19), interpuesto entre dicho segundo y tercer filtros de paso bajo (15, 16), por una parte, y dicho segundo adicionador (18), por otra parte, para poder dirigir a dicho segundo adicionador, tanto la señal de salida procedente de dicho segundo filtro de paso bajo (15) como la señal de salida procedente de dicho tercer filtro de paso bajo (16); y
- -
- unos medios de mando de dicho conmutador de modo que éste:
- \bullet
- conecta dicho segundo filtro de paso bajo (15) a dicho segundo adicionador (18), cuando dicha orden de estabilización en guiñada (s) y dicha orden eléctrica de pilotaje (y) son de signos opuestos; o
- \bullet
- conecta dicho tercer filtro de paso bajo (16) a dicho segundo adicionador (18), cuando dicha orden de estabilización en guiñada (s) y dicha orden eléctrica de pilotaje (y) son del mismo signo.
10. Sistema según la reivindicación 9,
caracterizado porque dicho tercer filtro
de paso bajo (16) es del tipo de primera orden.
11. Sistema según una de las reivindicaciones 9 ó
10,
caracterizado porque dicha tercera
constante de tiempo de dicho tercer filtro de paso bajo (16) está
comprendido entre 1 segundo y 2 segundos.
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