DE2557418A1

DE2557418A1 - Halbautomatisches flugsteuersystem

Info

Publication number: DE2557418A1
Application number: DE19752557418
Authority: DE
Inventors: Carl Dean Griffith; Ronald Jerome Miller; Everett Robert Tribken
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1976-06-24
Also published as: CA1050633A; JPS5176799A; FR2295473A1; GB1527088A; FR2295473B1; IT1060459B; US4109886A; DE2557418C2

Description

Halbautomatisches Flugsteuersystem

Die Erfindung bezieht sich auf halbautomatische Plugsteuersysteme für Luftfahrzeuge unter ¥erwendung einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Betätigungseinrichtungen sowie auf Luftfahrzeuge mit derartigen Systemen.

Es wurden bereits über den vollen Betriebsbereich verwendbare automatische Plugsteuersysteme In Luftfahrzeugen dazu verwendet, eine Kurzzeltstabilisatlon sowie eine Langzelt-Lagen- und Flugwegsteuerung mit Hilfe von über den vollen Betriebsbereich verwendbaren Betätigungseinrichtungen vom Parallel-Serlen- oder kombinierten Serien-/Farallel-Typ für die verschiedenen Steuerachsen des Luftfahrzeuges zu erzielen. Derartige Systeme sind schwer, weisen einen großen Raumbedarf auf und sind teuer, so daß sie normalerweise nur in großen Luftfahrzeugen wie z.B. in Doppelrotor- oder großen E Inro tor-Hubs ehr aubem sowie in großen Starrflägel-Luftfahrzeugen verwendet wurden, die ohne weiteres das erhebliche Gewicht derartiger komplizierter Systeme aufnehmen können. Zu den schwersten, größten und aufwendigsten Bauteilen derartiger Systeme gehören die Über den vollen Betriebsbereich betreibbaren parallelen BetMtlgungseinrlchtungen oder die einen begrenzteren Betriebsbereich aufweisenden Be-

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tätlguEigseinrichtungen mit getrennten Trimm-Betätigungseinrlefatungen wie sie erforderlich sind, um eine Kontrolle Über das Luftfahrzeug auszuüben. Diese Betätigungseinrichtungen sind weiterhin äußerst schwierig und damit aufwendig einzubauen «

Einen begrenzten Betriebsbereich und damit niedrigere Kosten aufweisende automatische Flugsteuersysteme wurden und werden zur Ausübung einer begrenzten Lagensteuerung verwendet. Derartige grundlegende automatische Systeme liefern Jedoch keine Langzelfe-Fltigwegsteuerung.

Es sind] weiterhin Stabilitätsvergrößerungssysteme (SAS) zur Erzielung einer Kurzzelt-Stabilitätserhöhung um die verschiedenen Achsen des Luftfahrzeuges bekannt und diese Systeme verwenden normalerweise einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Serienbetätigungseinrichtungen, die in Abhängigkeit von Kurzzelt-Meßfühlern, wie z.B. Wendekreiseln oder Vertikalkreiseln arbeiten=, die abgeleitete Änderungsgeschwindigkeitssignale liefern. Einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Serienbetätigungseinriehtungen sind bekanntlih kleiner, leichter und weniger kompliziert und damit weniger aufwendig als über den vollen Befcriebsberelch arbeitende parallele Betätigungseinrichtungen wie dies weiter oben beschrieben wurde.

Um, den Piloten bei der Navigation sowie bei seinen Fluglagenunö Flugweg-Steueraufgaben zu unterstützen, wurden Luftfahrzeuge weiterhin mit Flugkommanäo-oöer Flugdirektorsystemen (PDS) ausgerüstet, öle Flugölrektor-Rechner zur Lieferung von Signalen an ein FIugdlrektor-Änzeigeelement einschließen, das dem Piloten in gut !bekannter Meise Anweisungen gibt, wie das Luftfahrzeug manuell manövriert werden muß, damit die gewünschte Steuerung durchgeführt

VfIees- bekannt ist, Ist ein Hubschrauber besonders schwierig SU fliegen. Auf Grund der Ihm eigenen Instabilität erfordert

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ein Hubschrauber normalerweise eine zweihändige Steuerung unter allen Flugbedingungen, so daß es übermäßig schwierig ist, einen Hubschrauber unter Instrumentenflugbedingungen zu fliegen, weil die zusätzlichen Navigationsaufgaben unter derartigen Bedingungen (beispielsweise Einstellung von Funkverkehr- und Navigationseinrichtungen, Auswahl von Kursen und Höhen, Auswerten von Karten usw.) die Fähigkeiten des menschliehen Piloten in vielen Fällen übersteigen. Um den Piloten von der Aufgabe der Stabilisierung dieses unstabilen Luftfahrzeuges auf Kurzzeitbasis zu entlasten, sind viele Hubschrauber mit einem Stabilitätsvergrößerungssystem versehen, das eine einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Serienbetätigungseinrichtung (einen kurzhubigen hydraulischen oder elektrischen Servo) einschließt, die von Wendekreiseln oder von abgeleiteten Änderungsgeschwindigkeitssignalen von Vertikal- und Kurskreiseln gesteuert wird. Zur weiteren Vereinfachung der Aufgaben des Piloten insbesondere im Hinblick auf die Navigationsaufgaben sind viele Hubschrauber mit Flugdirektor- oder Flugkommandosystemen ausgerüstet.

Obwohl über den vollen Betriebsbereich arbeitende vollständig betriebsfähige automatische Flugsteuersysteme in Hubschrauber eingebaut wurden, waren diese Einbauten auf lediglich die größten Hubschraubertypen wie z.B. Doppelrotorv oder große Einrotor-Hubschrauber beschränkt, die ohne weiteres das große Gewicht aufnehmen können und bei denen das Verhältnis der Kosten für die Flugelektronik zu den Kosten für die Zelle von vollständigen automatischen Flugsteuersystemen der oben beschriebenen Art tragbar ist. Entsprechend waren kleinere Nutz-Hubschrauber sowie kleine Starrflügel-Luftfahrzeuge auf die Betriebsleistung beschränkt, die einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Kurzzelt-Stabilisationssysteme wie z.B. das SAS-System liefern, sowie auf die Navigations-/Flugwegsteuerungsunterstützung, die sich aus dem Flugdirektorsystem ergibt. Damit waren bisher Luftfahrzeuge, wie z.B. Hubschrauber, die mit der Stabilitätsvergrößerungssystem-ZFlugdirektorsystem-

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Kombination ausgerüstet werden, auf eine dauernde manuelle Flugsteuerung begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein beträchtlich verbessertes halbautomatisches Plugsteuersystem zu schaffen, das ein einen begrenzten Betriebsbereich aufweisendes Stabilisierungssystem, wie z.^!B. ein SAS-System in Kombination mit einer Quelle für Langzeitdaten, wie z.B. einen Plugdirektor-Rechner verwendet.

Ein entsprechend einem Grundgedanken der Erfindung ausgebildetes halbautomatisches Flugsteuersystem für Luftfahrzeuge mit einem aerodynamischen Fluglagensteuerelement und einer manuellen Steuereinrichtung, die zur Steuerung des aerodynamischen Steuerelementes gekoppelt ist, umfaßt ein Stabilitätsvergrößerungssystem mit einer einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Betätigungseinrichtung, die zur Steuerung des aerodynamischen Steuerelementes angekoppelt ist, Stellungsmeßeinrichtungen, die mit der Betätigungseinrichtung zur Messung ihrer Stellung und zur Lieferung eines Stellungssignals gekoppelt sind, das diese Stellung darstellt, einen Flugdirektor-Rechner zur Lieferung eines Lan.gzeit-Bezugssignals, Kopplungseinrichtungen zur Einkopplung des Langzeit-Bezugssignals in das Stabilitätsvergrößerungs· system zur Erzielung einer entsprechenden Langzeitstabilisierung des Luftfahrzeuges über die einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Betätigungseinrichtung, und einen Flugdirektor-Anzeiger, der mit dem Flugdirektor-Rechner gekoppelt und von diesem angesteuert ist und der mit den Stellungsmeßeinrichtungen gekoppelt ist, um eine Anzeige in Abhängigkeit von dem Stellungssignal dafür zu liefern, daß die manuelle Steuereinrichtung zu betätigen ist, um eine manuelle Trimmung durchzuführen, wenn sich die Betätigungseinrichtung in der Nähe der Grenze des Betriebsbereiches befindet, wodurch die Betätigungseinrichtung in Richtung auf den mittleren Teil des Betriebsbereiches zurückgestellt wird.

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Ein entsprechend einem weiteren Grundgedanken der Erfindung ausgerüstetes Luftfahrzeug weist eine manuelle Steuereinrichtung zur Steuerung des aerodynamischen Pluglagen-Steuerelementes, ein Stabilitätsvergrößerungssystem mit einer einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Serienbetätigungseinrichtung, die zur Steuerung des aerodynamischen Steuerelementes angekoppelt ist, Stellungsmeßeinrichtungen, die mit der Betätigungseinrichtung gekoppelt sind, um deren Stellung zu messen, und um ein Stellungssignal zu liefern, das diese Stellung darstellt, und ein Flugdirektorsystem mit einem Flugdirektor-Rechner zur Lieferung eines Langzeit-Bezugssignals und mit einem Flugdirektor-Anzeiger auf, der mit dem Flugdirektor-Rechner gekoppelt und •von diesem angesteuert ist, und umfaßt ein Koppelgerät mit ersten Kopplungseinrichtungen zur Einkopplung des Langzeit-Bezugssignals in das Stabilitätsvergrößerungssystem zur Erzielung einer entsprechenden Langzeit-Stabilisierung des Luftfahrzeuges über die einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Serienbetätigungseinlchtung, und mit zweiten Kopplungseinrichtungen zur Zuführung des Stellungssignals an den Flugdirektor-Anzeiger zur Betätigung einer Befehlsanzeige dieses Anzeigers, wenn die Betätigungseinrichtung sich in der Nähe der Grenze ihres Betriebsbereiches befindet, um eine Anzeige zu liefern, daß die manuelle Steuereinrichtung von Hand zu betätigen ist, um die Flugdirektor-Befehlsanzeige zu zentrieren, so daß eine manuelle Trimmung durch Neueinstellung der Betätigungseinrichtung in Richtung auf den mittleren Teil seines Betriebsbereichs durchgeführt wird.

Ein entsprechend einem weiteren Grundgedanken der Erfindung ausgerüstetes Luftfahrzeug weist ein aerodynamisches Fluglagen-Steuerelement, eine manuelle Steuereinrichtung zur Steuerung des aerodynamischen Fluglagen-Steuerelementes, ein Stabilitätsvergrößerungssystem mit einer einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Serienbetätigungseinrichtung zur Steuerung des

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aerodynamischen Steuerelementes, Stellungsmeßeinrichtungen, die mit der Betätigungseinrichtung zur Messung ihrer Stellung gegenüber der neutralen Stellung gekoppelt sind und ein Stellungssignal liefern, das die Stellung anzeigt, ein Plugdirektor-Rechnersystem zur Lieferung eines Langzeit-Bezugssignals und Anzeige einrichtungen auf, und umfaßt ein Kopplungsgerät mit ersten Kopplungseinrichtungen zur Einkopplung des Langzeit-Bezugssignals in das Stabilitätsvergrößerungssystem zur Lieferung einer entsprechenden LangzeitstabiJ.isierung des Luftfahrzeuges über die einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende. Serienbetätigungseinrichtung, und zweite Kopplungseinrichtungen zur Zuführung des Stellungssignals an die Anzeigeeinrichtungen zur Anzeige der Stellung der Betätigungseinrichtung gegenüber ihrer neutralen Stellung zur Lieferung einer Anzeige, wie die manuelle Steuereinrichtung zu betätigen ist, um die Betätigungseinrichtung in die neutrale Stellung zurückzuführen .

Erfindungsgemäß wird somit ein halbautomatisches Plugsteuersystem geschaffen, bei dem eine Langzeit-Bezugssignalquelle mit einem einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Stabilisierungssystem gekoppelt ist und bei dem eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, die mit dem Stellungsmaßfühler der einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Betätigungseinrichtung des Stabilisierungssystems gekoppelt ist, um eine Anzeige dafür zu schaffen, daß es notwendig ist, manuell das Luftfahrzeug neu zu trimmen wenn die Betätigungseinrichtung in der Nähe oder an der Grenze ihres Betriebsbereiches betrieben wird, wodurch dieser Trimmvorgang die Neueinstellung der Betätigungseinrichtung in Richtung auf den mittleren Teil ihres Betriebsbereiches ermöglicht. Die Arbeit des Piloten wird damit von der dauernden manuellen Steuerung auf eine periodische Trimmungs-Neueinstellung reduziert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

BG9826/Ö8Ü1;

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild, das eine

Steuerachse des Flugsteuersystems darstellt;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Signal-

formungs- und Kombinationsblockes des Systems nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltbild, das dem Blockschaltbild nach

Fig. 2 entspricht;

Fig. 4 ein Schaltbild eines Servostellungs-Signalver-

arbeitungsblockes des Systems nach Fig. 1;

Fig. 5 ein Übertragungsfunktions-Diagramm der Servo-

stellungs-Signalverarbeitungseinrichtung nach Fig. 4;

Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild eines Signalformungsnetzwerkes des Stabilitätsvergrößerungssystems des Flugsteuerungssystems nach Fig. 1.

Die vorliegende Erfindung ist auf einen weiten Bereich von navigierbaren Fahrzeugen anwendbar, die verschiedene Arten von einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Stabilisierungssystemen sowie einen weiten Bereich von Langzeit-Bezugssignalquellen aufweisen. Zu Beschreibungszwecken wird die Erfindung im folgenden anhand eines Hubschraubers beschrieben, der ein Stabilitätsvergrößerungssystem mit einer einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Serienbetätigungseinrichtung zur Erzielung einer Kurzzeit-Stabilitätsvergrößerung des Luftfahrzeuges sowie ein Flugdirektorsystem zur Lieferung von Langze it-Navigations-, Fluglagen- und Flugwegsteuerinformationen für den menschlichen Piloten aufweist. Obwohl die Erfindung auf die Steuerung einer Vielzahl von Luftfahrzeugtypen um

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eine Vielzahl von Achsen anwendbar ist, wird die Erfindung im folgenden nur anhand einer Achse einer einzigen Art von Luftfahrzeug beschrieben, nämlich anhand der Längsneigungsachse eines Hubschraubers.

In Fig. 1 ist ein Teil eines typischen Hubschrauber-Instrumentenbrettes bei 10 dargestellt. Das Instrumentenbrett 10 schließt die übliche Anordnung von Instrumenten unter Einschluß eines Plugdirektor-Anzeigers 11 ein. Zu den Hubs ehr auber-rS teuer einrichtungen gehört ein Steuerknüppel 12 für die periodische Blattwinkelverstellung, der schematisch als an der Hubschrauber-Zelle IJ befestigt dargestellt ist, um Steuerbewegungen auf ein Differentialgestänge über eine Verbindungsstange 15 zu übertragen. Mit der Stange 15 ist ein üblicher Federmechanismus 16 verbunden, der künstliche manuelle Flugsteuerreaktionen in gut bekannter Weise über den Steuerknüppel 12 dem Piloten mitteilt. Die mittlere oder Nullkraft-Stellung des Federmechanismus 16 wird in üblicher Weise durch einen Trimmkraft-Rutschkupplungsmechanismus 17 über geeignete Gestänge bestimmt. Der Trimmechanismus IT wird in gut bekannter Weise dadurch betätigt, daß der Pilot einen üblichen Trimmkraft-Auslöseknopf am Griff des Steuerknüppels 12 für die periodische Blattwinkelverstellung betätigt. Ein Steuerknüppel-Stellungswandler 21 ist mit dem Steuerknüppel 12 gekoppelt, um ein Signal zu liefern, das die Bewegung des Steuerknüppels 12 aus der Mittelstellung heraus darstellt. Der Ausgang des Wandlers 21 kann in Abhängigkeit von entweder der Steuerknüppelkraft, der SteuerknUppelbewegung oder ähnlichem in gut bekannter Weise geliefert werden.

Der Ausgang des Differentialgestänges 14 wird dem Eingang einer üblichen Leistungsverstärkungs-Betätigungseinrlchtung 22 zugeführt, die Ihrerseits eine Steuerbewegung auf die Taumelscheibe des Hubschraubers über ein geeignetes Gestänge unter Einschluß eines Winkelhebels überträgt.

Um eine Kurzzeitstabilisierung des Hubschraubers zu erzielen, ist ein Stabllitätsvergrößerungssystem vorgesehen, das die

Stabilitätsvergrößerungssystem-Schaltungen 23, einen Vertikalkreisel 24 und eine einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Stabilitätsvergrößerungs-Betätigungseinrichtung 25 einschließt. Die Betätigungseinrichtung 25 kann von der Art sein, wie sie in der US-Patentschrift 3 269 199 der gleichen Anmelderin beschrieben ist. Die Betätigungseinrichtung 25 schließt einen Motor 26 und eine Rückführungseinrichtung wie z.B. ein Potentiometer 27 ein, das ein Signal entsprechend der Stellung der Betätigungseinrichtung 25 liefert. Die Betätigungseinrichtung 25 ist in geeigneter Weise mit einem Ende an der Zelle 13 des Hubschraubers befestigt und der Ausgang dieser Betätigungseinrichtung am anderen Ende wird an das Differentialgestänge 14 geliefert. Es ist somit zu erkennen, daß die Betätigungseinrichtung 25 als Serienelement in dem System in der dargestellten Weise befestigt ist, daß sie jedoch auf andere Weise eingebaut werden kann, um die gleiche Wirkung zu erzielen.

Für die als Beispiel in Pig. 1 dargestellte Längsneigungsachsenstabilitätserhöhung liefert der Vertikalkreisel 24 ein Längsneigungs-Bewegungssignal an ein Signalformernetzwerk 30 und eine typische übertragungsfunktion eines derartigen Netzwerkes ist innerhalb dieses Blockes 30 angegeben. Der linke Ausdruck der übertragungsfunktion weist eine relativ kurze Zeitkonstante T, auf und ergibt eine abgeleitete Längsneigungsrate für eine Dämpfung. Die Zeitkonstante 5"₂ *^st länger als die Zeitkonstante Τ.,, so daß der rechte Ausdruck der übertragungsfunktion eine ausgeglichene Pluglage für eine Kurzzeit-Lagenstabilisation ergibt, wie dies in der Technik der Hubschrauber-Stabilisierung gut bekannt ist. Alternativ kann ein Wendekreisel die Stabilitätsvergrößerungssignale an die Stabilitätsvergrößerungssystem-Schaltungen 23 anstelle des Vertikalkreisels 24 liefern. In einem derartigen Ausführungsbeispiel kann die Übertragungsfunktion für das Signalformernetzwerk 30 wie folgt sein:

"1 ^T ^₂ S+1
worin der linke Ausdruck das Raten- oder KnderungsgeschwindIg-

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keitssignal für die Stabilitätsvergrößerungssystem-Schaltungen liefert, während der rechte Ausdruck eine verzögerte Knderungsgeschwindigkeit ergibt, die als Pseudo-Kurzzeit-Lagensignal dient, wie dies bei Hubschrauber-Stabilisierungssystemen gut bekannt ist. Es ist verständlich, daß der Vertikalkreisel 24 zusammen mit dem Signalformernetzwerk 30 oder alternativ der Wendekreisel zusammen mit seinem Signalformernetzwerk die Kurzzeit-MeßfUhler für das Stabilitätsvergrößerungssystem bilden.

Das geformte Stabilitätsvergrößerungs-Meßfühlersignal von dem Netzwerk 30 wird als ein Eingang einem Summierglied 31 zugeführt, dessen Ausgang als ein Eingang einem Summierglied 32 zugeführt wird. Der Ausgang des Summiergliedes 32 wird einem üblichen Servoverstärker 33 zugeführt, der seinerseits den Motor 26 der Betätigungseinrichtung 25 antreibt. Der Ausgang des Rückführungspotentiometers 27 der Betätigungseinrichtung 25 wir in Gegenkopplungsweise als ein Eingang der Summierverbindung 32 zugeführt. Daher bilden die Elemente 32, 33, 25 und 27 ein übliches geschlossenes Servosystem zur Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 25 entsprechend den geformten Stabilitätserhöhungs-Meßfühlersignalen von dem Netzwerk 30.

Der Ausgang des Steuerknüppel-Stellungswandlers 21 liefert einen Eingang an die Summierverbindung 32 über ein Signalformernetzwerk 34. Dieser Weg von dem Steuerknüppel 12 über die Schaltungen 23 des Stabilitätsvergrößerungssystems bis zur Betätigungseinrichtung 25 ergibt eine Steuerungs-Vergrößerungsfunktion, die in der Technik gut bekannt ist. Kurz gesagt, wird die grundlegende Über den Steuerknüppel 12 über die Stange I5* das Gestänge 14 und die Le is tungsverstärkungs-Betätigungseinrichtung 22 ausgeübte Luftfahrzeug-Steuerung durch das Signal von dem SteuerknÜppel-rStellungswandler 21 vergrößert, das in dem Netzwerk 34 geformt und der Serienbetätigungseinrichtuhg 25 zugeführt wird. Wie es für den Fachmann gut bekannt ist, wird eine geeignete Signalformung in dem Netzwerk 34 durch

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geführt. Typischerweise kann das Signalformungsnetzwerk j54 eine Ausblendschaltung umfassen, die in Serie mit einem Voreilungs-Verzögerungsnetzwerk geschaltet ist,, wie dies gut bekannt ist. Das Signalformungsnetzwerk 34 empfängt weiterhin einen Einrück-Logikeingang, der in einer noch weiter unten anhand von Fig. beschriebenen Weise verwendet wird.

Es ist verständlich, daß das Stabilitätsvergrößerungssystem, das Steuerungs-Verstärkungssystem (mit der Ausnahme des Einrücklogikeinganges an das Signalformungsnetzwerk ^4) und die allgemeine dargestellte Luftfahrasugkonfiguration üblich sind und daß viele gut bekannte Abänderungen innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung verwendbar sind. Beispielsweise ist die Serienanordnung der Betätigungseinrichtung 25 lediglich eine von vielen möglichen Serienbetatigungseinrichtungs-Anordnungen, die bei der Ausführung eines Stabilitätsvergrößerungssystems verwendet werden können. Weiterhin ist es verständlich, daß eine Leistungsverstärkungs-Betätigungseinrichtung nicht verwendet werden muß, wenn die Steuerkräfte des Luftfahrzeuges gering sind. In diesem Fall würde der Ausgang des Differentialgestänges 14 direkt mit den Gestängen der Taumelscheibe verbunden werden. Als weiteres Beispiel kann ein Stabilitätsvergrößerungssystem ohne eine Befehls verstärkung verwendet werden. Es ist verständlich, daß einen beschränkten Betriebsbereich aufweisende Stabilitätsvergrößerungssysteme der beschriebenen Art in vielen Fällen in Luftfahrzeugen zur Kurzzeit-Stabilitätsvergrößerung dieser Luftfahrzeuge verwendet werden.

Außer dem Stabilitätsvergrößerungssystem für eine über einen beschränkten Betriebsbereich wirksame Kurzzeitstabilisation des Luftfahrzeuges schließt der Hubschrauber nach Fig. 1 weiterhin ein Flugdirektorsystem ein, das Iangzeitnavigations-Lagenund Flugwegbefehle in gut bekannter Weise dem Piloten liefert. Das Flugdirektor-System umfaßt einen Flugdirektor-Rechner 35, der ein Signal an den Flugdirektor-Anzeiger 11

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geliefert und ein Fluglagen-Eingangssignal von dem Vertikalkreisel 24 empfängt. Das dargestellte Flugdirektor-System kann von üblicher Art sein, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 2 845 623 beschrieben ist.

Der Flugdirektor-Rechner 35 gemäß dieser US-Patentschrift 2 845 623 kann eine Vielzahl von Quellen für Langzeit-Flugbezugssignale einschließen, beispielsweise Funk-Navigations-Führungssignale, Höhensignale und ähnliches, was schematisch durch den Block 36 angedeutet ist. Die Signale von dem Block 36, die in der Hauptsache Langzeit-Bezugssignale sind, werden in Signalformungsnetzwerken 37 geformt, wie dies allgemein in der US-Patentschrift 2 845 623 beschrieben ist. Das Fluglagensignal von dem Vertikalkreisel 24 wird einem Signalformungsnetzwerk 4o zugeführt, das so ausgebildet sein kann, wie es in der US-Patentschrift 2 845 623 beschrieben ist.

Die Ausgänge der Signalformungsnetzwerke 37 und 40 werden als Eingänge einem Summierglied 41 zugeführt, dessen Ausgang andererseits einem Summierglied 42 zugeführt wird. Der Ausgang des Summiergliedes 42 wird über einen Meßinstrumentenverstärker 43 weitergeleitet, um den Längsneigungs-Befehlsbalken des Flugdirektor-Anzeigers 11 anzusteuern. Die Signale von dem Block sowie das Längsneigungslagensignal von dem Vertikalkreisel 24 werden in den Netzwerken 37 und 40 geformt und in dem Summierglied 41 kombiniert, um den Längsneigungsbalken 41 des Flugdirektor-Anzeigers 11 anzusteuern, damit dem Piloten in bekannter Weise Längsneigungslagcnbefehle gegeben werden. Es ist verständlich, daß die Flugdirektor-Einrichtung für die übrigen Steuerachsen in gleicher Weise in für den Fachmann gut bekannter Weise ausgeführt sein kann. Es ist weiterhin bekannt, daß'Luftfahrzeuge in vielen Fällen mit einem Flugdirektorsystem der beschriebenen Art versehen sind, um den Piloten bei der Durchführung seiner Navigations-Fluglagen- und Flugwegsteuerfunktionen zu unterstützen. Γ

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Bisher konnten Luftfahrzeuge (wie z.B. Hubschrauber), die mit einem Stabilitätsvergrößerungssystem und einem Flugdirektor-System ausgerüstet waren, lediglich manuell geflogen werden. Obwohl die Aufgaben des Piloten durch die Verwendung des üblichen Stabilitätsvergrößerungssystems und des Plugdirektor-Systems vereinfacht wurden, muß der Pilot seine Aufmerksamkeit immer noch vollständig der Luftfahrzeugsteuerung widmen. Wie es weiter oben beschrieben wurde, konnte eine Flugsteuerungs-Automatisierung bisher nur durch Verwendung eines voll betriebsfähigen automatischen Flugsteuersystems erreicht werden, bei dem über den vollen Betriebsbereich arbeitende parallele Betätigungseinrichtungen verwendet wurden, so daß sich die oben beschriebenen Nachteile ergaben.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine beträchtliche automatische Navigations-Fluglagen- und Flugweg-Steuerungsmöglichkeit durch die Hinzufügung nur weniger Geräte gegenüber dem Flugdirektor- und Stabilitätsvergrößerungs-System erreicht. Wie es aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist ein Kopplungsgerät 44 vorgesehen, das die Stabilitätsvergrößerungs- und Flugdirektor-Systeme miteinander koppelt, um Langzeit-Steuersignale von dem Flugdirektor-System an das Stabilitätsvergrößerungssystem zu liefern und um dem Flugdirektor-System Stabilitätserhöhungssystem-Betätigungseinrichtungs-Stellungsdaten zu liefern. Grundsätzlich fliegt das gekoppelte System den Hubschrauber vollständig automatisch bis die Betätigungseinrichtung des Stabilitätsvergrößerungssystems aus seinem Betriebsbereich herausläuft, d.h. in die Wähe oder fast vollständig in den Bereich einer vollen Ausfahrbewegung oder Einziehbewegung gelangt, was anzeigt, daß die Beladung des Hubschraubers oder seine Konfiguration geändert wurde, so daß eine Nachtrimraung erforderlich ist. Wenn dieser Zustand auftritt, wird der Pilot automatisch durch die gesteuerte Bewegung des Flugdirektorzeigers oder durch andere Signaleinriciifemgen informiert, worauf er dann lediglich das Luftfahrzeug nach trimmt, wodurch die Betätigungseinrichtung des Stabilit&tsvergrößerungssystems in die neutrale Stellung

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zurückgebracht wird. Damit ergibt das System in der gekoppelten Betriebsweise eine Kurzzeit- bis Mittelzeit-Steuerung des Luftfahrzeuges während der Pilot Eingänge für die Trimmung oder für Manöver liefert, für die der Betriebsbereich der Betätigungseinrichtung nicht ausreicht.

Der Koppler 44 umfaßt eine Signalfonnungs- und Kombinationsschaltung 45* die so angeschaltet ist, daß sie das geformte Fluglagenbefehlssignal von dem Block 36 über das Signalformungsnetzwerk 37, das Fluglagensignal von dem Vertikalkreisel 24 und ein Einrück-Logiksignal zum Koppeln des Stabilitätsvergrößerungssystems mit dem Flugdirektor-System und zum Entkoppeln dieser Systeme empfängt. Der Ausgang der Signalformungs- und Kombinationsschaltung 45 wird als ein Eingang dem Summierglied 31 in den Schaltungen 23 des Stabilitätsvergrößerungssystems zugeführt, so daß dieses entsprechend dem Zustand der Einrücklogik die Langzeit-Fluglagenbefehls- und Lagensignale von dem Flugdlrektor-System in das Stabilitätsvergrößerungssystem in noch zu beschreibander Weise einkoppelt.

Der Koppler 44 schließt weiterhin eine Signalverarbeitungseinrichtung 46 ein, die so angeschaltet ist, daß sie den Ausgang von dem Rückführungspotentiometer 27 der Betätigungseinrichtung 25 des Stabilitätsvergrölerungssystems empfängt. Nach der Verarbeitung in der Verarbeitungseinrichtung 46 liefert dieses Betätigungseinrichtungs-Stellungssignal in noch zu erläuternder Weise ein Eingangssignal an das Summierglied 42 des Flugdirektorrechners 35. Damit liefert die Signalverarbeitungseinrichtung 46 die Betätigungseinrichtungs-Stellungsdaten des Stabilitätserhöhungssystems an den Flugdirektor-Rechner 35, so daß dem Piloten eine Anzeige dafür gegeben wird, daß er das Luftfahrzeug nachtrimmen muß, wenn die Betätigungseinrichtung 25 nahezu oder

.ihren Betriebsbereich. _. _. , . .. . ₄ .. _ue. bereitsyverlassen hat. Die Signalverarbeitungseinrichtung 46 empfängt weiterhin das Einrück-Logiksignal als ein Eingang, der in der anhand des Rechners 45 beschriebenen Welse wirkt.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeipiels der Signalformungs- und Kombinationsschaltung 45 nach Fig. 1 dargestellt. Das Flugdirektor-Lagenbefehlssignal von dem Signalformungsnetzwerk 37 wird über einen Freigabeschalter 50 einem Summierglied 51 zugeführt. Der Ausgang des Summiergliedes 51 wird einer Serienschaltung aus einem Begrenzer 52 und einem Integrator 53 zugeführt, wobei der Ausgang des Integrators als ein Eingang an das Summierglied 51 zurückgeführt wird. Der Ausgang des Integrators 53 wird weiterhin als ein Eingang einem Summierglied 5^ zugeführt. Der Begrenzer 52 und der Integrator 53 werden in bekannter Weise dazu verwendet, eine Zellenbewegungsgeschwindigkeitsbegrenzung in Abhängigkeit von dem Fluglagenbefehl von dem Flugdirektorsystem zu erzielen. Der Begrenzungswert für den Begrenzer 52 wird entsprechend der gewünschten maximalen Lagenänderungsgeschwindigkeiten eingestellt, wenn der Koppler 44 (Fig. 1) eingeschaltet ist, d.h. wenn das System in der gekoppelten Betriebsweise arbeitet.

Das Fluglagensignal von dem Vertikalkreisel 24 wird über einen Freigabeschalter 55 einer üblichen Verzögerungsschaltung 56 zugeführt. Die Verzögerungsschaltung 56 ist in bekannter Weise ausgelegt, damit sie an die Verzögerungsraten-Zeitkonstante oder an die Ausblend-Fluglagenzeitkonstante des Signalformungsnetzwerkes 30 (Fig. 1) angepaßt ist. Der Ausgang der Verzögerungsschaltung 56 wird als ein Eingang dem Summierglied 54 zugeführt, dessen kombinierter Ausgang dem Summierglied 31 (Fig. 1) in dem Stabilitätsvergrößerungssystem zugeführt wird.

Das Einrück-Logiksignal wird beiden Schaltern 50 und 55 zugeführt, um das Stabilitätsvergrößerungssystem mit dem Flugdirektorsystem zu koppeln oder es von diesem zu trennen, so daß das System entweder in eine gekoppelte Betriebsweise oder die Stabilitätsvergrößerungsbetriebsweise geschaltet wird.

In Fig. 3, in der gleiche Bezugsziffern gleiche Bauteile wie in Flg. 2 bezeichnen« ist eine spezielle Schaltungsausführung

γ -■ ' ' \ ■

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für das Blockschaltbild nach Fig. 2 dargestellt. Die einzelnen •Schaltungen sind üblich und werden hier aus Gründen der Kürze nicht weiter erläutert.

In den Figg. 4 und 5 ist eine Schaltungsausführung für die Signalverar! ,itungseinrichtung 46 nach Fig. 1 bzw. die Übertragungsfunktion dieser Signalverarbeitungseinrichtung 46 dargestellt. Das Signal von dem Potentiometer 27 der Betätigungseinrichtung 25 (Fig. 1) des Stabilitätsvergrö'ßerungssystems wird über einen Einrückschalter 60 der Signalverarbeitungsschaltung zugeführt. Der Einrückschalter 60 empfängt einen Eingang von dem Einrücklogiksignal, und zwar aus Gründen, wie sie weiter oben anhand von Fig. 2 erläutert wurden. Wenn die Betätigungseinrichtung 25 aus ihrer neutralen Stellung verschoben ist, wird ein positives oder negatives Stellungswandlersignal über den Schalter 60 bei dessen Freigabe entsprechend der Größe und Richtung der Servo-Stellungsverschiebung übertragen. Das Servo-Stellungswandlersignal wird parallel an die Schaltungszweige 61 und 6l' angelegt, wobei der Zweig 6l auf die positiven Wandlersignale anspricht, um die Übertragungsfunktion rechts von der Ausgangsspannungsachse (Fig. 5) zu liefern, während der Zweig 6l' auf die negativen Stellungswandlersignale anspricht,' um die Übertragungsfunktion links von der Ausgangsspannungsachse zu liefern. Weil der Aufbau und die Betriebsweise der Zweige 6l und 6V im wesentlichen identisch mit der Ausnahme der unterschiedlichen Polaritäten der Signale und Bauteile sind, wird lediglich der Zweig 6l ausführlich erläutert.

Eine Vorspannung -V wird dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 62 über einen Widerstand 63 zugeführt. Bei Fehlen eines Signals von dem durch das Potentiometer 27 gebildeten Servo-Stellungswandler über einen Eingangswiderstand 64 spannt die -V-Spannung über den Widerstand 63 den Verstärker 62 in eine positive Sättigung vor. Dieser Sättigungszustand wird durch einen positiven Rückführungsweg mit

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einem Widerstand 65 und einer Diode 66 aufrechterhalten. Eine Diode 67 sperrt die resultierende SätÜLgungsspannung von einer Ausgangsstufe 70 ab. Ein Schaltungsweg unter Einschluß einer Diode 71 und einer Zenerdiode 72 begrenzt den Wert der Sättigungsspannung. Es ist verständlich, daß eine Spannung am positiven Eingang des Verstärkers 62 entsprechend der positiven Sättigungs-Ausgangsspannung dieses Verstärkers und dem Spannungsteiler aufrechterhalten wird, der durch den Widerstand 65 und einen Widerstand 73 gebildet ist. Wenn die Servo-Stellungsspannung von dem Potentiometer 27 in positiver Richtung ansteigt, bleibt der Verstärker 62 in der positiven Sättigung, bis die von dem Widerstand 64 gelieferte Spannung so groß wird, daß die Spannung am negativen Eingang des Verstärkers 62 gleich der Spannung am positiven Eingang ist, so daß der Verstärker 62 auf einen negativen Ausgang umschaltet. Wenn der Ausgang des Verstärkers 62 negativ wird, wird der positive RUckftihrungsweg auf Grund der Diode 66 in Sperrichtung vorgespannt und ein negativer Rückführungsweg wird durch die nunmehr in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode 74 und den Widerstand 75 ausgebildet. Die Eingangsspannung, bei der der Verstärker 62 aus der Sättigung herausgelangt ist in Fig. 5 mit V₂ bezeichnet. Es ist zu erkennen, daß die EingangssfSannung, bei der ein Schalten erfolgt, durch die Werte der Bauteile 63, 64, 65, 72 und 73 bestimmt ist. Dieser Spannungspegel V₂ wird auf einen Wert eingestellt, der etwas weniger als der Betriebsbereichsgrenze der Betätigungseinrichtung 25 (Fig. 1) entspricht, so daß der Pilot die Anweisung zum Trimmen erhält, bevor eine Servo-Sättigung erfolgt. Weil die negative Ausgangsspannung des Verstärkers 62 den negativen Rückführungsweg mit den Bauteilen 74 und 75 in Vorwärtsrichtung vorspannt, ergibt sich ein linearer Verstärkerbetrieb, wenn die Eingangsspannung weiter über V₂ erhöht wird. Dieser negative Ausgang von dem Verstärker 62 wird durch die nunmehr in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode 67 zur Ausgangsstufe 70 zugeführt, in der er invertiert wird, um den linearen Teil der Übertragungsfunktion nach Fig. 5 zu erzielen, der sich aus

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Eingangsspannungen ergibt, die positiver als Vp sind. Die Ausgangsspannung wird zur Ansteuerung des Fluglagen-Befehlsbalkens des Plugdirektoranzeigers 11 (Fig. 1) in noch zu beschreibender Weise verwendet«

Wenn der Pilot daraufhin das Luftfahrzeug in einer noch zu erläuternden Weise trimmt, kehrt die Betätigungseinrichtung 25 in ihre Mittelstellung zurück, wobei sich eine entsprechende Verringerung der Größe der über den Widerstand 64 zugeführten Servo-Stellungsspannung ergibt. Der Verstärker 62 arbeitet weiter linear bis die Servo-Stellungsspannung unter einen Pegel absinkt, der durch die Widerstände 65 und 64 bestimmt ist und der zum Zurückschalten des Verstärkers 62 in die positive Sättigung führt. Die Rückkehr in die positive Sättigung erfolgt bei der Spannung V₁ wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Der Pegel V. ist fast auf den Wert 0 eingestellt, Jedoch groß genug, um irgendeine Tendenz zu einer Übertrlmmung auf Grund von Instrumentenverzögerungen und Verzögerungen durch den Piloten zu verhindern .

Wie es weiter oben erläutert wurde, arbeitet der Zweig 61' in einer Weise, die zu der für den Zweig 6l beschriebenen identisch ist, so daß er aus Gründen der Kürze hier nicht weiter beschrieben wird. Die Bauteile des Zweiges 61¹ sind durch gestrichene Bezugsziffern bezeichnet, die denen des Zweiges 6l entsprechen.

In Fig. 6 ist ein schematisches Blockschaltbild einer typischen Signalformung wie sie in. dem Netzwerk^ (Fig. 1) der Stabilitätsvergr Ößerungssys tem-S chaltungen verwendet wird, dargestellt. Das Signal von dem Steuerknüppel-Stellungswandler 21 wird über eine übliche Ausblendsohaltung 80 einem Zweistellungsschalter 81 zugeführt. Die Stellung des Schalters 8l wird in üblicher Weise über eine Schaltersteuerschaltung 82 in Abhängigleit von dem Einrück-Logiksignal gesteuert. Es ist verständlich, daß der Schalter 8l und die Schaltersteuerschaltung 82 nur schematisch dargestellt sind, und daß sie vorzugsweisebei einem praktisch

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ausgeführten System durch eine Halbleiter-Schaltanordnung ausgeführt sind. Wenn sich der Schalter 8l in der SAS-Stellung (Stabilitätsvergrößerungsstellung) befindet, wird das Signal von der Ausblendschaltung 80 über ein übliches Verzögerungs-Naeheilungs-Netzwerk mit einem Verschiebungs-Pfad 84 mit einer zugehörigen Verstärkung K und einem parallelen Verzögerungsweg 85 geführt, wobei die Verschiebungs- und Verzögerungsausdrücke in einem Summierglied 86 summiert werden. Es ist verständlich, daß die in Reihe geschaltete Ausblendschaltung 80 und das Voreilungs-Verzögerungs-Netzwerk 83 übliche Befehlsvers tärkungs -S ignalf ormungss chaltungen darstellen, die für den Fachmann gut bekannt sind.

Wenn sich der Schalter 8l in der gekoppelten Stellung befindet, wird der Ausgang der Ausblendschaltung 80 über einen Inverter 87 geführt, der vorzugsweise eine Verstärkung aufweist, die von der Verstärkung K des Verschiebungsweges 84 abweichen kann. Die Ausgänge des Voreilungs-VerzÖgerungs-Netzwerkes 83 und des Inverters 87 werden einem Summierglied 90 zugeführt, um dann den Stabilitätsvergrößerungsschaltungen in der vorstehend beschriebenen Weise zugeführt zu werden.

Wenn angenommen wird, daß das vorstehend beschriebene System in der nicht gekoppelten oder Stabilitätsvergrößerungs-Betriebsweise arbeiten soll, so wird das Einrück-Logiksignal, das an die Blöcke J4, 45 und 46 (Fig. 1) angelegt wird, in einen derartigen Zustand gebracht, daß sich folgendes ergibt: Die Freigabeschalter 50 und 55 nach Fig. 2 und der Freigabeschalter 60 nach Fig. 6 sind gesperrt, so daß der Koppler 44 (Fig. 1) unwirksam gemacht ist und damit das Stabil!tätsvergrößerungssystem und das Flugdirektorsystem nach Fig. 1 voneinander getrennt sind. Das Einrück-Logiksignal bringt weiterhin den Schalter 8l nach Fig. 6 In die SAS-Stellung, so daß das 3ignalformungsnetzwerk 34 (Fig. 1) in die übliche Befehlsverstärkungsform gebrächt wird. Wenn das System in der ungekoppelten oder Stabili-

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tätsvergrößerungsbetriebsweise in der vorstehend beschriebenen Veise arbeitet, so ergibt das Stabilitätsvergrößerungssystem nach Fig. l eine Kurzzeit-Stabilitätsvergrößerung des Luftfahrzeuges in gut bekannter Weise und das Plugdirektorsystem liefert optische Navigations-Fluglagen- und Flugwegsteuerbefehle an den Piloten über den Flugdirektor-Anzeiger 11 in üblicher Weise. Der Pilot steuert das Luftfahrzeug daher über den Steuerknüppel 12, das Gestänge 14, die Stange 15 und die Leistungsverstärkungs-Betätigungseinrichtung 22 sowie über den üblichen Befehlsverstärkungsweg der den Steuerknüppel-Stellungswandler 21, das Signalformungsnetzwerk 3^ in der Stabilitätsvergrößerungsbetriebsweise und das Stabilitätsvergrößerungssystem mit der einen beschränkten Betriebsbereich aufweisenden Betätigungseinrichtung 25 gemäß der vorstehenden Beschreibung und gem. Fig. 1 umfaßt. Es ist daher verständlich, daß wenn das Stabilitätsvergrößerungssystem und das Flugdirektorsystem in ihren üblichen Betriebsweisen voneinander entkoppelt sind, nur eine manuelle Steuerung des Luftfahrzeuges möglich ist.

Durch die neuartige Einfügung des Kopplers 44 nach Fig. 1 wird eine im wesentlichen automatische Flugsteuerung dadurch erzielt, daß das Einrück-Logiksignal in den gekoppelten Zustand gebracht wird. Wenn das Einrück-Logiksignal in diesen Zustand gebracht : ist, sind die Freigabeschalter 50 und 55 nach Fig. 2 sowie der i Freigabe schalter 60 nach Fig. 4 freigegeben, so daß die Stabili- \ tätsvergrößerungs- und Flugdirektorsysteme nach Fig. 1 miteinander \

gekoppelt sind. Das in diesen Zustand gebrachte Einrück-Logiksignal stellt außerdem den Schalter 8l nach Fig. 6 in die ge- : koppelte Stellung, so daß das Signalformungsnetzwerk 34 (Fig. 1) in die Koppel-Konfiguration gebracht wird. Wenn das System so \ angeordnet ist, werden die Fluglagenbefehlssignale von dem Flugdirektor-Rechner (Fig. 1) sowie das Fluglagensignal von dem Vertikalkreisel 24 in der vorstehend beschriebenen Weise Über das j Signalformungs- und Kombinationsnetzwerk 45 zum Summierglied 31 j

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des Stabilitätsvergrößerungssystems geführt, um Langzeit-Steuersignale an das Stabllitätsvergrößerungssystem-Servo zu liefern, so daß das Luftfahrzeug nach Art eines vollständig automatischen Flugsteuersystems gesteuert wird. Wenn jedoch auf Grund dieser Langzeitsteuerung die Betätigungseinrichtung 25 die Grenze ihres Betriebsbereiches erreicht, was dadurch angezeigt wird, daß das Rückführungspotentiometer 27 die Spannung V₂ (Fig. 5) erreicht, so liefert die Signalverarbeitungseinrichtung 46 eine Spannung entsprechend der Übertragungsfunktion nach Fig. 5 In der vorstehend besohriebeneneWeise an das Summierglied 42, wodurch der richtige Flugdlrektor-Balken des Anzeigers 11 ausgelenkt wird und ein optischer Trimmbefehl an den Piloten gegeben wird. Als Antwort auf diesen Befehl drückt der Pilot den Krafttrimm-Freigabeknopf am Griff des Steuerknüppels 12, wodurch der Kraft-Trimm-Kupplungsmechanismus 17 freigegeben wird. Der Pilot betätigt den Steuerknüppel 12 dann so, daß der Flugdirektor-Befehlsbalken an dem Anzeiger 11 zentriert wird, wie dies bei der Steuerung von Luftfahrzeugen anhand von Flugdirektoranzeigen üblich ist. Es ist aus Fig. 6 zu erkennen, daß diese Steuerknüppel-Betätigung dazu führt, daß ein Signal von dem Steuerknüppel-Stellungswandler 21 durch die Ausblendsohaltung 80 und den Inverter 87 geliefert wird, um ein Signal an das Summierglied jJ2 des Stabilltätsvergrößerungssystems zu liefern, das von dem Befehl von dem Servoverstärker 33 an die Betätigungseinrichtung 25 subtrahiert wird, so daß die Betätigungseinrichtung 25 in die neutrale oder Mittelstellung zurückkehrt. Wenn das Signal von dem Rückführungspotentiometer 27 kleiner wird als die Spannung Y^ (Flg. 5) so ist der Flugdirektor-Befehl, der vom Anzeiger 11 geliefert wird, erfüllt und der Balken ist zentriert. Wenn dies auftritt, läßt der Pilot den KrafttriiHBitmgs-KuppliiDgsknopf los, so daß der Kupplungsmechanis-17 eingerückt wird und den Trijaiivorgang vervollständigt.

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Es ist verständlich, daß der beschriebene Trimmvorgang durchgeführt wird, ohne daß ein aerodynamisches Ansprechen des Luftfahrzeuges erforderlich ist, so daß eine Störung der Luftfahrzeig-Fluglagevermieden wird. Die Verstärkung des Inverters 87 (Pig. 6) ist so eingestellt, daß wenn der Pilot seine Trimmbewegung auf den Steuerknüppel 12 ausübt, im Ergebnis das Differentialgestänge 14 um seinen Mittelpunkt verschwenkt und die Betätigungseinrichtung 25 in ihre Mittelstellung zurückkehrt.

Es ist für den Fachmann anhand der vorstehenden Beschreibung erkennbar, daß andere Anordnungen von dem Piloten verwendet werden können, um das Trimmbefehlssignal zu erfüllen. Beispielsweise würde bei Fehlen eines Befehlsverstärkungseingangs von dem Steuerknüppelpositionswandler 21 an die Stabilitätsvergrößerungsschaltungen 23 und damit bei Fehlen des Signalformungsnetzwerkes 3^ bei Durchführen des Trimmbefehlssignals in der vorstehend beschriebenen Weise durch den Piloten das Luftfahrzeug aerodynamisch auf die Bewegung des Steuerknüppels 12 ansprechen und das Stabilitätsvergrößerungssystem würde seinerseits so ansprechen, daß die Betätigungseinrichtung 25 des Stabilitätsvergrößerungssystems in die Mittelstellung zurückgeführt würde. Die Trimmung wird im wesentlichen in der gleichen Weise durchgeführt, wenn die übliche Befehlsverstärkungsanordnung für das Signalformungsnetzwerk 3^· (Fig. 1) verwendet würde, d.h. wenn lediglich die Reihenschaltung aus der Ausblendschaltung 8O und dem Voreilungs-Verzögerungsnetzwerk 83 (Fig· 6) oder eine vergleichbare übliche Signalformung verwendet würde, wie sie weiter oben anhand der angekoppelten Betriebsweise beschrieben wurde. Eine Trimmung würde außerdem im wesentlichen in der gleichen Weise durchgeführt wenn eine grundlegende Hubschrauberanordnung verwendet würde, bei der der Steuerknüppel durch ein Reibungselement in seiner Stellung gehalten wird und in der Stellung bleibt, in der er durch den Piloten gebracht wurde« Bei einer derartigen Anordnung würde der Hubschrauber keinen ein künstliches Gefühl liefernden Federmechanismus l6, keinen Kupplungsmechanismus 17 und auch· nicht den zugehörigen Kraft tr immungs-Freigabeknopf einschließen*

Die Erfindung ist weiterhin auf einen Hubschrauber anwendbar, der ein erheblich komplizierteres und höher entwickeltes und damit aufwendigeres Sumraer-Trimmsystem verwendet. Wie dies bekannt ist, schließt ein Summer-Trimmsystem eine Summe rs teuerung am Griff des Steuerknüppels 12 ein, das einen Trimmeingang an das (nicht gezeigte) manuelle Trimmsystem des Luftfahrzeuges liefert, dessen Ausgang andererseits einer Trimm-Betätigungseinrichtung zugeführt wird, die in dem Block angeordnet sein würde, der den Mechanismus 17 bildet. Bei dieser Anordnung kann irgendeines der üblichen für Hubschrauberpiloten bekannten Trimmverfahren verwendet werden, um den Trimmbefehl von dem Flugdirektoranzeiger 11 zu erfüllen. Es ist zu erkennen, daß die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit der Verwendung des komplizierteren Summer-Trimm- und Trimmbetätigungseinrichtungs-Systems vermeidet und daß befriedigende Trimmeigenschaften ohne weiteres durch die einfachere Krafttrimmungs-Kupplungsfreigabeanordnung erreicht werden.

Es ist aus der vorstehenden Beschreibung zu erkennen, daß durch geeignete Kopplung eines Stabilitätsvergrößerungssystems mit einem Flugdirektor-System in äußerst wenig aufwendiger Weise eine beträchtliche Flugsteuerungsautomation erzielt wird und zwar bei Luftfahrzeugen, bei denen bisher keine Automatisierung zur Verfügung stand. Das System verwendet eine gelegentliche Zusammenarbeit mit dem Piloten zur Erfüllung des Trimmbefehlssignals, wenn die Betätigungseinrichtung 25 des Stabilitätsvergrößerungseysteös beinahe oder tatsächlich den Betriebsbereich verlassen hat, so daß ein Flug ohne manuellen Eingriff für beträchtliche lange Zeitperioden möglich ist. Diese Anordnung ermöglicht es dann dem Piloten, den Funkverkehr abzuwickeln, Strecken·* oder Anflugkarten zu überprüfen und andere Aufgaben zu erfüllen, die für einen Instrumentenflug wesentlich sind, und zwar in einer sichereren und wirkungsvolleren Vieise als dies bisher bei Fehlen eines vollständig automatischen und damit aufwendigeren Flugsteuersystems möglich war.

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Die vorstehend beschriebene Vorrichtung kann zusätzlich zur Weiteren Unterstützung des Piloten ein Signallicht oder irgendeine andere Warneinrichtung einschließen, die dem Piloten anzeigt, daß eine Servo-Trimmung erforderlich ist. Dies Signallicht kann zweckmäßigerweise an dem Flugdirektoranzeiger 11 angeordnet sein. Das vorstehend beschriebene AuiUhrunnsbeispiel liefert ein berechnetes Trimmbefehlssignal, das an dem Flugdirektor-Anzeiger 11 angezeigt wird, und das den Piloten einerseits auf die Notwendigkeit einer manuellen Trimmung aufmerksam macht und andererseits dem Piloten mitteilt, welche Richtung und welche Größe der Trimmung erforderlich ist. Es ist verständlich, daß, obwohl das vorstehend beschriebene Ausführungs· beispiel anhand einer Trimmung beschrieben wurde, wenn die Betätigungseinrichtung 25 die Grenze ihres Betriebsbereichs erreicht, die Erfindung auch dann anwendbar ist, wenn die Servo-Sättigung des Stabilitätsvergrößerungssystems festgestellt wird, wenn die Betätigungseinrichtung 25 die Grenze ihres Betriebsbereiches erreicht. Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer Achse einer Luftfahrzeugsteuerung beschrieben. Es ist aus dem Vorstehenden ohne weiteres zu erkennen, wie die vorliegende Erfindung für ein Mehrachsen-Steuersystem angewendet werden kann.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde anhand von Stabilitätsvergrößerungs- und Flugdirektor-Systemen beschrieben. Es ist verständlich, daß ein Flugdirektorsystem nicht notwendigerweise verwendet werden muß. Andere Langzeit-Flugbezugssignalquellen können verwendet werden. Beispielsweise können einfache Fluglagen-Halteanordnungen oder Funkweg-Führungsanordnungen die Langzeitsignale für den Koppler 44 liefern. Der Trimmbefehl kann dann mit Hilfe von ,Anzeigelampen am Instrumentenbrett anstelle an dem Flugdirektor-Anzeiger angezeigt werden, wobei eine Anzeigelampe für jede Trimmrichtung verwendet wird. Für eine Ausführung dieser Art könnte der Ausgang des Kopplers 44 einen Schwellwertdetektor ansteuern, der seinerseits die richtige Trimmanzeigelampe ansteuern würde.

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Alternativ kann in Systemen, die einen Plugdirektor-Rechner verwenden oder auch nicht, die Signalverarbeitungseinrichtung 46 nach Pig. 5 durch eine einfache Totbereichs-Schaltung mit ausreichender Zeitverzögerung ersetzt werden, die zur Anzeige hinzugefügt wird, um einen in geeigneter Weise kleinen Betrag einer übertriKBHung hervorzurufen.

Als weiteres mögliches AusfUhrungsbeispiel kann ein einfaches Trimm-Meßinstrument verwendet werden, das direkt mit dem Stellungswandler 27 der Betätigungseinrichtung des Stabilitätserhöhungssystems gekoppelt ist, um Roh-Trimmdaten an den Piloten zu liefern, anstelle von oder zusätzlich zu einem berechneten Trimmbefehlssignal. Bei einem derartigen System kann der Pilot das Luftfahrzeug gem. seiner Entscheidung entsprechend der Anzeige trimmen, die von dem Meßinstrument geliefert wird. Daher kann ein derartiges Meßinstrument für die Anzeige von Roh-Trimmdaten anstelle von oder zusätzlich zu dem Anzeiger für die Anzeige des berechneten Trimmbefehlssignals verwendet werden, beispielsweise des Plugdirektor-Anzeigers, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Es ist verständlich, daß eine derartige Rohdaten-Anzeige viele Formen aufweisen kann, wie beispielsweise ein Anzeigelicht, eine akustische Warnung und/oder ein einfaches Trimmungsmeßinstrument zur Anzeige der Servosteilung.

Es ist aus dem Vorstehenden zu erkennen, daß zusätzlich zu den weiter oben erläuterten Vorteilen die Notwendigkeit von aufwendigen automatischen Trimmservos vermieden wird und daß diese durch eine Anzeige des Trimmbefehls an den Piloten ersetzt werden, die dem Piloten anzeigt, daß die Betätigungseinrichtung 25 des Stabilitätserhöhungssystems in die Mittelstellung zurückgeführt werden muß.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde vorstehend anhand eines Stabilitätserhöhungssystems mit einer einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Serienbetätigungseinrichtung beschrieben. Es ist verständlich, daß die Erfindung weiterhin auf

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Systeme anwendbar ist, die andere Arten von einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Servos anwendbar ist, bei denen ein Eirgangssteuerbefehl normalerweise bewirken würde, daß das Servo die Grenze des Betriebsbereiches überschreitet. Ein Trimmbefehlssignal würde erzeugt werden, um eine Anzeige dafür zu liefern, daß es erforderlich ist, das Servo wieder in die Mittelstellung zurückzuführen, wenn man sich der Grenze des Betriebsbereiches nähert oder diese erreicht ist. Eine derartige Anzeige kann viele Formen annehmen und kann beispielsweise eine Anzeigelampe, eine akustische Warnung und/oder ein einfaches Meßinstrument zur Anzeige der Servostellung sein. Einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Servos werden in vielen Fällen anstelle von über den vollen Betriebsbereich verwendbaren Servos verwencfet, weil die Sicherheitsforderungen hierfür geringer sind. Derartige Servos zusammen mit den Maßnahmen der vorliegenden Erfindung können auch für anderen Anwendungen wie z.B. die Triebwerkssteuerung verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend für die Luftfahrzeugsteuerung beschrieben. Es ist verständlich, daß die Erfindung genauso allgemein auf navigierbare Fahrzeuge anwendbar ist, wie z.B. auf Schiff, IT-Boo te oder Land-Fahr zeuge.

Patentansprüche;

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Claims

Patentanspr üche

f 1. ^Halbautomatisches Flugsteuersystem für Luftfahrzeuge mit ^—deinem aerodynamischen Fluglagens teuere leinen t und einer manuellen Steuereinrichtung, die zur Steuerung des aerodynamischen Steuerelementes gekoppelt ist, gekennze i ohne t durch ein Stabilitätsvergrößerungssystem (23, 24, 25) mit einer einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Betätigungseinrichtung (25), die zur Steuerung des aerodynamischen Steuerelementes angekoppelt ist, Stellungsmeßeinrichtungen (27), die mit der Betätigungseinrichtung (25) zur Messung ihrer Stellung und zur Lieferung eines Stellungssignals gekoppelt sind, das diese Stellung darstellt, einen Plugdirektorrechner (35) zur Lieferung eines Langzeit-Bezugssignals, Kopplungseinrichtungen (^5 zur Einkopplung des Langzeit-Bezugssignals in das Stabilitätsvergrößerungssystem zur Erzielung einer entsprechenden Langzeitstabilisierung des Luftfahrzeuges über die einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Betätigungseinrichtung, und einen Flugdirektor-Anzeiger (11), der mit dem Flugdirektor-Rechner gekoppelt und von diesem angesteuert ist, und der mit den Stellungsmeßeinrichtungen (27) gekoppelt ist, um eine Anzeige von dem Stellungssignal dafür zu liefern, daß die manuelle Steuereinrichtung (12) zu betätigen ist, um eine manuelle Trimmung durchzuführen, wenn sich die Betätigungseinrichtung (25) in der Nähe der Grenze ihres Betriebsbereiches befindet, wodurch die Betäti- ; gungseinrichtung (25) in Richtung auf den mittleren Teil ihres Betriebsbereiches zurückgestellt wird.

i
2. Flugsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

'■·- .· ■■■$ e lehnet, daß die einen begrenzten Betriebsbereich _ ■- aufweisende Betätigungseinrichtung (25) in das Stabilitätsyergrößerungs-System als Serienbetätigungseinrichtung eingekoppelt ist* . .

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■J3· Flugsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennz e i c h ne t durch weitere Kopplungseinrichtungen (46) zur Einkopplung der Stellungsmeßeinrichtungen (27) in den Flugdirektor-Anzeiger (ll).

4. Flugsteuersystem nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Kopplungseinrichtungen (46) vorgesehen sind, die Eirrichtungen zur Lieferung eines Trimmbefehls signals proportional zu dem Stellungssignal liefern, wenn das Stellungssignal einen Schwellwert überschreitet, der eine Betätigungseinrichtungs-Stellung in der Nähe der Grenze des Betriebsbereiches darstellt und nachjäem der Schwellwert überschritten wurde, und die ein Trimmbefehlssignal proportional zu dem Stellungssignal liefern, bis das Stellungssignal unter einen Wert verringert ist, der eine Stellung der Betätigungseinrichtung in der Nähe der Mittelstellung des Betriebsbereiches darstellt.

5· Flugsteuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Kopplungseinrichtungen (46) eine Vorspannungsquelle (-V), Einrichtungen (65, 64) zur Kombination der Vorspannung mit dem Stellungssignal zur Lieferung eines kombinierten Signals, einen Operationsverstärker (62), dem das kombinierte Signal an einem Eingang zugeführt wird, eine positive Rückführungsschleife (65, 66), die um diesen Verstärker herumgeschaltet ist, um den Verstärker im gesättigten Zustand zu halten, wenn der Verstärkerausgang eine Polarität aufweist, und eine negative Rückführungsschleife (74, 75) einschließen, der um den Verstärker (65) herum angeschaltet ist, um einen linearen Betrieb zu erzielen, wenn der Verstärkerausgang eine Polarität entgegengesetzt zu der einen Polarität aufweist.

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6. Plugsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilitätsvergrößerungssystem einen Kurzzeit-Meßfühler (24, 30) zur Messung van Kurzzeitbewegungen des Luftfahrzeuges und zur Lieferung von Kurzzeitstabilisierungssignalen in Abhängigkeit von diesen Signalen und eine Servoschleife aufweist, die Servo-Eingangssuimniereinrichtungen (31, 32) einschließt, die auf die Kurzzeit-Stabilisierungssignale ansprechen, daß die einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Betätigungseinrichtung (25) auf den Ausgang der Servo-Eingangs-Summiereinrichtungen anspricht, und daß die Stellungs-Meßeinrichtungen (27) mit den Servo-Eingangssummiereinrichtungen (31# 32)" gekoppelt sind, um die Stellungssignale an diese zu liefern, um die Servoschleife zu schließen,

7· Flugsteuersystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Stellungswandler (21) für die manuelle Steuereinrichtung, die mit der manuellen Steuereinrichtung (12) gekoppelt ist, und Signalformungseinrichtungen (34) zur Zuführung des Ausganges des Wandlers (21) an die Servoeingangs-Summiereinrichtungen (31, 32) zur Verringerung des Ausganges dieser Summiereinrichtungen derart, daß die Betätigungseinrichtung (25) in Richtung auf den Mittelbereich des Betriebsbereiches zurückgestellt wird, wenn die manuelle Trimmung durchgeführt wird.

8. Flugsteuersystem nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Signalformungseinrichtungen eine Serienschaltung aus einer Ausblendschaltung (80) und einen Inverter (87) umfassen.

9· Flugsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zweite Kopplungseinrichtungen (46) zur Einkopplung des Stellungssignals in den Flugdirektor-Anzeiger (11) zur Betätigung einer Befehlsanzeige wenn sich die Betätigungseinrichtung (25) in der Nähe

der Grenze ihres Betriebsbereiches befindet, um einen Befehl zu geben, daß die manuelle Steuereinrichtung (12) zu betätigen ist, um die Plugdirektor-Befehlsanzeige so zu zentrieren, daß eine manuelle Trimraung durch Neueinstellung der Beätigungseinrichtung (25) in den Mittelbereich des Betriebsbereiches durchgeführt wird.

10. Flugs teuer sys tem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennze ichne t durch zweite Kopplungseinrichtungen (46) zur Einkopplung des Stellungssignals in den Plugdirektor-Anzeiger (11) zur Betätigung einer Befehlsanzeigewenn sich die Betätigungseiniohtung (25) an der Grenze ihres Betriebsbereiches befindet, zur Lieferung einer Anzeige dafür, daß die manuelle Betätigungseinrichtung (12) zu betätigen ist, um die Plugdirektor-Befehlsanzeige zu zentrieren, wobei eine manuelle Trimmung durch Neueinstellung der Betätigungseinrichtung (25) in Richtung auf den Mittelteil des Betriebsbereiches ausgeführt wird.

11. Luftfahrzeug mit einem aerodynamischen Pluglagen-Steuerelement, einer manuellen Steuereinrichtung, die zur Steuerung des aerodynamischen Steuerelementes angekoppelt ist, einem Stabilitätsvergtfößerungssystem mit einer einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Serienbetätigungseinrichtung, die zur Steuerung des aerodynamischen Steuerelementes angekoppelt ist, mit Stellungsmeßeinrichtungen, die mit der Betätigungseinrichtung gekoppelt sind, um die Stellung dieser Betätigungseinrichtung zu messen und ein Stellungssignal zu liefern, das die Stellung darstellt, und mit einem Flugdirektorsystem mit einem Plugdirektor-Rechner zur Lieferung eines Langzeit-Bezugssignals sowie mit einem Flugdirektor-Anzeiger, der mit dem Flugdirektor-Rechner gekoppelt und von diesem angesteuert wird, gekennzeichnet d urch einen Koppler (44) mit ersten Kopplungseinrichtungen, (45) zur Kopplung^Langzeit-Bezugssignals mit dem Stabilitäts-

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Vergrößerungssystem (23, 24, 25) zur Lieferung einer entsprechenden Langzeitstabilisierung des Luftfahrzeuges über die einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Serienbetätigungseinriehtung (25), und mit zweiten Kopplungseinrichtungen (46) zur Einkopplung des Stellungssignals in den Plugdirektor-Anzeiger (11) zur Betätigung einer Kommandoanzeige, wenn sich die Betätigungseinrichtung (25) in der Nähe der Grenze ihres Betriebsbereiches befindet, um eine Anzeige dafür zu schaffen, daß die manuelle Steuereinrichtung (12) zu betätigen ist, um die Flugdirektor-Befehlsanzeige zu zentrieren, wobei eine manuelle Trimmung durch Neueinstellung der Betätigungseinrichtung (25) in Richtung auf den Mittelbereich ihres B_etriebsbereich.es durchgeführt wird.

12. Luftfahrzeug mit einem aerodynamischen Fluglagen-Steuerelement, einer manuellen Steuereinrichtung, die zur Steuerung des aerodynamischen Steuerelementes angekoppelt ist, einem Stabilitätsvergrößerungssystem mit einer einen begrenzten Betriebsbereich aufweisenden Serienbetätigungseinrichtung, : die zur Steuerung des aerodynamischen Steuerelementes angekoppelt ist, mit Stellungsmeßeinrichtungen, die mit der Betätigungseinrichtung gekoppelt sind, um die Stellung dieser »Betätigungseinrichtung gegenüber ihrer neutralen Stellung zumessen und um ein Stellungssignal zu liefern, das diese Stellung darstellt, mit einem Flugdirektor-Rechnersystem zur Lieferung eines Langzeit-Bezugssignals, und mit Anzeigeeinrichtungen, gekennzeichnet durch einen Koppler (44) mit ersten Kopplungseinriehtungen (45) zur Einkopplung· des Langzeit-Bezugssignals in das Stabilitätsvergrößerungssystem (22, 24, 25) zur Lieferung einer entsprechenden Langzeitstabilisierung des Luftfahrzeuges über die einen begrenzten Betriebsbereich aufweisende Serienbetätigungseinrichtung (25), und zweite Kopplungseinriehtungen - (46) zur Einkopplung des Stellungssignals in die Anzeigeeinrichtung (ll)r zur Anzeige der Stellung der Beffitigungseinrichtung

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(25) gegenüber ihrer neutralen Stellung zur Lieferung einer A_nzelge dafür, daß die manuelle Steuereinrichtung (12) zu betätigen ist, um die Betätigungseinrichtung (25) in die neutrale Stellung zu bringen.

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