SE508672C2 - Anordning och metod för styrkraftreglering vid ett mekaniskt styrsystem för ett flygplan - Google Patents

Description

508 672 10 15 20 25 30 35 2 Föredragna utföringsformer av anordningen har dessutom något eller några av de i under- kraven angivna kännetecknen.

Den uppfinningsenliga anordningen har flera fördelar: Genom denna kan erhållas en linjär kraftgradient. Den statiska kraftgradienten kan ges ett önskat värde. Viskös dämpning och friktion för rattdynamiken kan ges önskade värden.

Inflytandet från systemets massa på styrspaken/ratten kan ges en önskad storlek.

Lägesåterkopplingen ger också fördelen, att det blir möjligt att påverka systemets egen- frekvens så, att denna ej blir entydigt bestämd av systemets yttre last och tröghetsmoment.

Utan lägesåterkoppling är det ej möjligt att linjärisera en eventuell olinjär kraftdynamik i det mekaniska grundsystemet. Lågesåterkopplingen medför, att ett linjärt samband mellan pålagt moment på styrspaken/ratten och utstyrningsvinkeln kan erhållas.

Uppfmningen skall i det efterföljande närmare förklaras med hjälp av exempel på utföringsformer av föreliggande uppfinning och med hänvisning till bifogade ritningar där: Fig I visar ett förenklat principschema för det uppfinningsenliga servoassisterade rodersystemet.

F ig 2 visar en förenklad reglerteknisk beskrivning av det servoassisterade rodersystemet.

För lika eller analoga detaljer används sarnrna hänvisningsbeteckningar vid beskrivning av sarntliga figurer.

Det i fig 1 visade förenklade principschemat visar ett skevrodersystem, vilket på vardera vinge innefattar ett skevroder l, vilket medelst roderlinor 2 är förbundet med ett styrorgan 3, tex i form av en ratt. Skevrodersystemet innefattar två styrorgan 3, av vilka den ena vid flygning påverkas manuellt av piloten 4. Någonstans längs roderlinoma 2 finns en servo- motor 5, vilken medelst en första omkopplare 12 altemativt kan vara inkopplad (såsom visas) eller altemativt frikopplad. Till servomotom 5 finns ansluten en servodriver 6. Vid vardera styrorgan 3 (endast visat vid ena styrorganet) finns anordnat såväl en moment- givare 7 som en vinkelgivare 8, vilka levererar uppgifter till en styranordning 9, vilken även erhåller uppgifter från en vinkelhastighetsgivare l0 på servomotom 5. Alternativt kan även vinkelgivaren 8 placeras på servomotom 5 och/eller vinkelhastighetsgivaren lO 10 15 20 25 30 508 672 3 vid styrorganet. Styranordningen 9 åstadkommer utifrån dessa uppgifter en styrsignal för önskad påverkan av servomotorn 5, varvid denna är inrättad att reglera det moment som piloten 4 måste anbringa på styrorganet 3 så att förhållandet mellan anbringat moment och styrorganets utstymingsvinkel antar ett önskat och i huvudsak konstant värde oberoende av styrorganets utstymingsvinkel. Servomotom 5 kan således arbeta såväl med som mot det av piloten 4 anbringade momentet. Av figuren framgår det, att servomotom kan vara densamma som utnyttjas vid flygning med en styrautomat/autopilot 11 och en andra om- kopplare 13 medger val mellan manuell- respektive autopilotstyming.

I fig 2 visas en förenklad reglerteknisk beskrivning av ett servoassisterat skevroder- system enligt fig l, där hänvisningssiffra 14 markerar det mekaniska skevrodersystemet och hänvisningssiffra 5 markerar servomotorn. I figuren betecknas det moment, som uppstår på styrorganet som en följd av den av piloten på detta anbringade kraften med M . Rattvinkelläget, vilket i huvudsak är proportionellt mot rodervinkelläget, represen- teras här av den återkopplade utsignalen 50, och rattvinkelhastigheten av 6.0). Med J betecknas hela det mekaniska skevrodersystemets 14 tröghetsmoment transformerat till ratten. Skevrodersystemet 14 representeras i fig 2 av ett andra ordningens system med en fjäder-konstant KYL och en dämpning DLL , där fiäderkonstanten KYL och dämp- ningen DyL hänför sig till roderaxelmomentet och båda är refererade till ratten. En ratt- vinkelacceleration betecknas som _ Servomotom 5 har en förstärkning K s och en emk-konstant K L , vilken är proportionell mot vinkelhastigheten 50,. För att eliminera inverkan från servomotoms mot-emk och för att kompensera för ändringar i motoms resistans, t ex på grund av temperaturvaria- tioner, används normalt en strömstyrd servomotor. Det servoassisterade skevroder- systemet har vidare kretsförstärkningar K M , KL och K L, , där K M representerar en för- stärkning av momentsignalen M , KL representerar en förstärkning av den återkopplade signalen än, och K D representerar en förstärkning av signalen ÉL, . Kretsförstärkningar- nas värden är i förväg beräknade utifrån de önskade värdena på fiäderkonstant k I , egen- frekvens wo och relativ dämpning z hos det totala servoassisterade skevrodersystemet uppmätt på ratten, där KLKS+KLL k _ f KMKS+1 508 672 lO 15 20 25 KK. K Ks( KE+1 2(1 z: Ur dessa ekvationer fås kretstörstärkningama K M, K L och K D som: _Jw§-KYL _zz.1w0-1 D- KS Styrsignalen u till servomotom beskrivs således genom ekvationen: u: KM M ån) + (KI) + ípåwjrim) där signalen å kommer att beskrivas mer i detalj senare. w _lnm För att åstadkomma en enkel beskrivning av systemet har fórutsatts, att det mekaniska skevrodersystemet 14 kan behandlas som ett linjärt system av andra ordningen. I verk- ligheten är skevrodersystemet 14 betydligt mer komplext. Det finns framförallt bety- dande friktion och glapp, som tillsammans med elasticiteten i roderlinorna 2 bidrar till att det uppstår lokala resonanser med lokala frekvenser. Dessa egenskaper begränsar möjlighetema att fritt välja kretsforstärkningarna KM , KL och K” och därmed också de dynamiska egenskaperna, dvs fritt välja k f, m0 och z .

Vidare bör signalerna M , öm och 5 vilka bildar insignal till det mekaniska skevroder- (u 7 systemet 14 genom servomotom 5, filtreras så, att deras frekvensinnehåll och amplitud är sådana, att approximationen av skevrodersystemet som ett linjärt andra ordningens 10 15 20 25 30 35 508 672 5 system blir giltig. För att åstadkomma detta har samtliga insignaler M , öm och åim låg- passfiltrerats. l ett exempel är gränsfrekvensen för filtren, som filtrerar rattvinkelsigna- len å” och rattvinkelhastighetssignalen då, 50 Hz medan gränsfrekvensen för filtret, som filtrerar momentsignalen är 15 Hz. Av hållfashetsskäl är det lämpligt att filtrera momentsignalen M genom ett filter inrättat att vid stora värden på momentsignalen åstadkomma en utsignal, som avtar med stigande momentsignal. Dessutom är det lämp- ligt att filtrera momentsignalen M genom ett filter med en dödzon, där momentsignalen är nära noll för att åstadkomma en momenttröskel, som måste övervinnas innan påver- kan på servomotom 5 sker. Det är även fördelaktigt att filtrera momentsignalen genom ett fasavancerande filter. I ett exempel begränsas amplituden hos rattvinkelhastighets- signalen du, vid höga vinkelhastigheter genom en begränsare.

Servomotorn 5 arbetar tämligen linjärt. Max moment erhålles då vinkelhastigheten är noll och momentet avtar linjärt med ökande varvtal.

Skevrodren 1 på de flesta flygplan med rent mekaniska styrsystem uppvisar så kallade trimtabbar, vilkas läge inj usteras med hjälp av så kallade trimdomkrafter. Nonnalt an- vänds endast trimsystemet på den ena vingen, t ex den vänstra, medan trimsystemet på den andra vingen utgör ett reservsystem. Trimsystemet fungerar så, att vid trimning påverkar trimdomkraften trimtabbens vinkel, varvid skevrodren l kommer att vridas ut en viss vin- kel. Detta kommer i det mekaniska systemet att innebära att rattens nolläge, dvs det ut- stymingsläge ratten intar då det av piloten 4 anbringade momentet är noll, kommer att ändras.

Vid trimning skulle problem kunna uppstå med ett servoassisterat styrsystem, om kom- pensation för det nya nolläget ej innefattades. Detta problem kan elimineras genom att den återkopplade rattvinkelsignalen tillförs en vinkeljusteringsterm å som överensstäm- mer med rattens trimmade nolläge. Vinkeljusteringstennen kan skapas ur signaler från befintliga lägesgivare på trimdomkrafterna. Hänsyn måste dock tas till, att trimtabbens effektivitet är större vid rörelse nedåt från ett neutralläge, in i högtrycket under vingen. än vid rörelse uppåt, in i lågtrycket på vingens ovansida. Om trimdomkraftemas lägesgivare anordnas så, att signalen från dessa är positiv då trimtabben rör sig nedåt och negativ när tabben rör sig uppåt, måste även hänsyn därtill tas. Hänsyn måste också tas till om endast det ordinarie trimsystemet används, reservtrimsystemet eller en kombination av dessa. 508 672 6 Det är uppenbart för en fackman inom området, att uppfinningen ej är begränsad till de ovan beskrivna utföringsforrnema, utan att den istället kan genomgå modifikationer inom ramen för uppfinningstanken definierad i efterföljande patentkrav. Anordningen kan t ex vara utförd så, att ett i styrsystemet befintligt autopilotservo används och/eller så, att för- 5 hållandet mellan den på styrorganet anbringade kraften och styrorganets utstyrningsvinkel ökas vid ökad hastighet hos flygplanet och omvänt, för att därigenom ge piloten en natur- lig fartkänsla i rodren, vidare kan systemet naturligtvis användas även vid höjdroder och sidoroder.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 508 672 Patentkrav Anordning vid ett mekaniskt styrsystem fór ett flygplan, där flygplanets roder (1) via styrsystemet från flygplanets fórarkabin är påverkbara medelst åtminstone ett med styrsystemet operativt förbundet styrorgan (3), exempelvis en ratt, en styrspak eller ett pedalpar, k ä n n e t e c k n a d därav, att till styrsystemet vidare är anslutet en servomotor (5) samt givare, inrättade att vid påverkan av styrorganet (3) känna av det moment som fórorsakas på styrorganet (3) av en därpå anbringad kraft samt styrorganets utstymingsvinkel och styrorganets momentana vinkelhastighet, att anordningen vidare innefattar en styranordning (9), vilken utifrån de av givarna avkända tillstånden är inrättad att styra servomotom (5) så att ett förhållande mellan den på styrorganet (3) anbringade kraften och styrorganets utstymingsvinkel antar ett önskat väsentligen konstant värde. Anordning enligt patentkrav l, k ä n n e te c k n a d därav, att servomotom (5) är en i styrsystemet befintlig servomotor, vilken normalt är inrättad att samverka med en styrautomat (l l). Anordning enligt patentkrav l eller 2 där rodren (l) vidare uppvisar trimtabbar for rolltri mning och trimdomkrafter för påverkan av dessa, till vilka trimdomkrafter är anslutna ytterligare givare, inrättade att känna av trimdomkrafiemas läge, k ä n n e t e c k n a d därav, att styranordningen utifrån de av de ytterligare givama avkända lägestillstånden är inrättad att behandla det utstyrningsläge som styrorganet ( 3) på grund av rolltrimning bringas att inta såsom ett mittläge for det opåverkade styrorganet (3), vid vilket ingen förstärkning från servomotom (5) erhålls. Anordning enligt något av patentkraven 1 till 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att styranordningen innefattar filtermedel, inrättade att från de av givama avkända tillstånden filtrera bort lokala resonanser i det mekaniska styrsystemet. Anordning enligt något av patentkraven l till 4, vilken vidare innefattar hastighets- givare, inrättade att känna av flygplanets hastighet, k ä n n e t e c k n a d därav, att styranordningen utifrån den avkända hastigheten är inrättad, att vid ökande hastighet öka förhållandet mellan den på styrorganet (3) anbringade kraften och styrorganets utstymingsvinkel och omvänt. 508 672 10 15 20 25 30 10. 8 Metod för reglering av den kraft som för att åstadkomma en önskad utstyrnings- vinkel måste anbringas på ett styrorgan (3) för styrning av ett flygplans roder (l), vilket styrorgan (3) är operativt förbundet med ett mekaniskt styrsystem och exem- pelvis utgörs av en ratt, en styrspak eller ett pedalpar, k ä n n e t e c k n a d därav, att vid påverkan på styrorganet (3) avkänns det moment som förorsakas på styrorganet (3) medelst en därpå anbringad kraft samt styrorganets utstymingsvinkel och styr- organets momentana vinkelhastighet, att en till styrsystemet ansluten servomotor (5) bringas, att utifrån de avkända tillstånden styra servomotom (5) så att ett förhållande mellan den på styrorganet (3) anbringade kraften och styrorganets utstyrningsvinkel med ett önskat väsentligen konstant värde åstadkoms. Metod enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att såsom den servomotor (5) som bringas att förstärka insignalen till styrsystemet utnyttjas en i styrsystemet befintlig servomotor, vilken normalt är inrättad att samverka med en styrautomat (11). Metod enligt patentkrav 6 eller 7 där rodren vidare uppvisar trimtabbar för roll- trimning och trimdomkrafter för påverkan av dessa, vilka trimdomkrafters läge avkärms, k ä n n e t e c k n a d av, att det utstyrningsläge som styrorganet (3) på grund av rolltrimning bringas att inta, utifrån de avkända lägestillstånden, behandlas såsom ett mittläge för det opåverkade styrorganet (3), vid vilket servomotorn (5) ej bringas att förstärka insignalen till styrsystemet. Metod enligt något av patentkraven 6 till 8, k ä n n e t e c k n a d av, att filtermedel, används för, att från de avkända tillstånden filtrera bort lokala resonanser i det mekaniska styrsystemet. Metod enligt något av patentkraven 6 till 9, där vidare flygplanets hastighet avkärms, k ä n n e t e c k n a d av, att förhållandet mellan den på styrorganet (3) anbringade kraften och styrorganets utstymingsvinkel ökas då ökande hastighet avkänns och omvänt.