DE69507937T2

DE69507937T2 - Vorrichtung zum Betreiben eines gesteuerten Elementes für ein Flugzeug, insbesondere Hubschrauber, mit elektrischen Flugsteuerungen

Info

Publication number: DE69507937T2
Application number: DE69507937T
Authority: DE
Inventors: Sylvain Pascal Frederic F-13510 Eguilles Damotte
Original assignee: Eurocopter France SA; Eurocopter SA
Current assignee: Airbus Helicopters SAS
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1995-11-22
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2015-11-23
Also published as: US6128554A; FR2728537A1; FR2728537B1; EP0718731B1; DE69507937D1; EP0718731A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben eines gesteuerten Elementes für ein Luftfahrzeug, insbesondere Hubschrauber, mit elektrischen Flugsteuerungen. Im Falle eines Hubschraubers kann das gesteuerte Element der Hauptrotor sein.
Wie beispielsweise in den Druckschriften US-H-703, EP-A-0 401 079 und GB-A-2 065 042 dargestellt ist, werden bei mit elektrischen Flugsteuerungen ausgestatteten Luftfahrzeugen die Handlungen des Piloten im allgemeinen ausgehend von Informationen über die Verschiebung eines Steuerelements (z. B. Hebel, Minihebel oder Steuerknüppel) gemessen, welche von einem Flugrechner in ein Ziel für die Fluglageregelung umgewandelt werden, der die Kontrolle des oder der entsprechenden gesteuerten Elemente (Betätigungselemente) sicherstellt, so daß das Ziel für die Fluglageregelung erfüllt wird. Diese Verschiebung erfolgt im allgemeinen durch Einwirkung des Piloten über eine elastische Verbindung für die Rückstellung zur neutralen Position, welche im allgemeinen durch einen Motor sichergestellt ist. Der durch die Steuerelemente dieses Typs bewirkte Hauptvorteil besteht darin, daß der Belastungsgradient dem Piloten ein Feedback (Tastempfindung) über die Amplitude der gesteuerten Verschiebung gibt. Um jedoch das Steuerelement in einer vom Piloten festgesetzten Verankerungsposition zu halten, während dieser seine Einwirkung auf das Steuerelement abschwächt, ist es nötig, eine Einrichtung zum Auskuppeln und zum erneuten Trimmen der Belastung, die in der Luftfahrt allgemein "trim release" genannt wird, oder zur langsamen Modifikation der Bezugsverankerung, "beep trim" genannt, vorzusehen. Solche Einrichtungen werden durch am Steuerelement vorgesehene Knöpfe in Gang gesetzt, die dessen Motor betätigen, der auf die elastischen Rückstellmittel einwirkt.
Diese Steuereinrichtung bietet eine völlige Erfüllung der Gesetze der Fluglageregelung, die "konventionell" genannt werden, d. h. die auf einer direkten Verbindung Hebel- Servorsteuerung basieren, zu welcher die Hilfen zur Fluglageregelung mit begrenzter Amplitude, so wie Stabilisierungen, Entkopplungen, hinzugefügt werden.
Insbesondere bei weiterentwickelten Gesetzen zur Fluglageregelung, für welche es die direkte Beziehung Hebel- Servosteuerung nicht mehr gibt, wirft jedoch eine solche Anwendung von elektrischen Flugsteuerungen eines Luftfahrzeugs, die ausgehend von Verschiebungen eines vorgenannten Steuerelements gesteuert werden, wiederum manche Probleme auf:
- es gibt keine direkte Beziehung zwischen der Position des oder der gesteuerten Elemente und dem Steuerelement mehr, so daß der Pilot nicht mehr den Steuerbereich erkennt, der bis zu den Anschlägen bleibt;
- die Positionen des Steuerelements sind beim weiterentwickelten Gesetz und beim direkten Gesetz für die gleiche Flugsituation unterschiedlich, so daß der Pilot bei Wechsel des Gesetzes diesen Unterschied bewältigen oder hinnehmen muß.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu vermeiden, und betrifft eine verbesserte Vorrichtung zum Betreiben eines gesteuerten Elements für ein Luftfahrzeug.
Zu diesem Zweck umfaßt erfindungsgemäß die Vorrichtung mit elektrischen Flugsteuerungen für Luftfahrzeuge, insbesondere Hubschrauber:
- ein Element zur willkürlichen Steuerung, das dazu bestimmt ist, vom Piloten des Luftfahrzeugs betätigt zu werden,
- einen Rechner für die Fluglageregelung, der Befehle von seiten des Elements zur willkürlichen Steuerung empfängt,
- Antriebsmittel, wie eine Servosteuerung, die vom Rechner für die Fluglageregelung in Abhängigkeit von den Befehlen des Elements zur willkürlichen Steuerung gesteuert werden, und
- ein gesteuertes Element, das von den Antriebsmitteln angetrieben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß sie Regelungsmittel aufweist, die Informationen über die Position des gesteuerten Elements empfängt und einen Motor umfaßt, der im Stande ist, das Element zur willkürlichen Steuerung zu Verschieben, um die Position dieses mit der des gesteuerten Elements zu regeln.
So stellt die Position des Steuerelements, z. B. eines Hebels, von Pedalen oder eines Minihebels, für den Piloten immer die Position des gesteuerten Elements (einer Steuerfläche oder eines Rotors) dar, das heißt, daß dieses insbesondere gestattet zu bestätigen, daß sich die Einwirkung des Piloten auf das Steuerelement mit der gewünschten Wirkung gut auf das gesteuerte Element überträgt.
Außerdem kann die Vorrichtung ebenfalls wenigstens einen Sensor umfassen, um die Position des gesteuerten Elements zu erfassen, und dessen Signal gestattet, den Motor zur Verschiebung des Elements zur willkürlichen Steuerung zu steuern, um es in eine Position zu bringen, die der des gesteuerten Elements entspricht.
In einem ersten Fall der Fluglageregelung mit Verschiebung ist das Element zur willkürlichen Steuerung mit dem Motor zu dessen Verschiebung durch eine Verbindung verbunden, die elastische Rückstellmittel aufweist.
In einem zweiten Fall der Fluglageregelung mit Belastung ist das Element zur willkürlichen Steuerung mit einem Motor zu dessen Verschiebung durch eine im wesentlichen starre Verbindung verbunden, wie eine Stange, die den Hebel mit dem Antriebsmotor verbindet.
Vorteilhafterweise ist zwischen den Antriebsmitteln und dem Motor zur Verschiebung des Elements zur willkürlichen Steuerung ein Filter vorgesehen.
Außerdem sind zwischen dem Element zur willkürlichen Steuerung und dem Rechner für die Fluglageregelung Wandlermittel vorgesehen, welche gemäß der Art der Fluglageregelung aus Mitteln zur Nachbildung der Position des Elements zur willkürlichen Steuerung oder wenigstens einem Belastungssensor bestehen.
Überdies kann zwischen den Antriebsmitteln und dem Motor zur Verschiebung des Elements zur willkürlichen Steuerung ein mechanisches Hilfsgestänge vorgesehen sein.
Vorzugsweise sind mit dem Gestänge mechanische Dämpfungsmittel verbunden, wobei beiderseits der mechanischen Dämpfungsmittel Anschläge vorgesehen sein können, um deren Wirkung zu begrenzen. Vorteilhafterweise ist ein Mittel zur Aufhebung der Wirkung des Motors zur Verschiebung des Elements zur willkürlichen Steuerung vorgesehen.
Die Figuren der beigefügten Zeichnung machen gut verständlich, wie die Erfindung ausgeführt sein kann. In diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente.
Fig. 1 ist ein Übersichtsschema Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 2 ist ein Schema eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 3 ist ein Schema eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 4 zeigt ein mechanisches Hilfsgestänge, das beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3 verwendbar ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ein Element 2 zur willkürlichen Steuerung, welches ein Hebel, ein Minihebel oder ein Steuerknüppel sein kann und das dazu bestimmt ist, durch die Einwirkung des Piloten des Luftfahrzeugs, insbesondere eines Hubschraubers (nicht dargestellt), beansprucht zu werden. Die Vorrichtung umfaßt außerdem einen Rechner 3 für die Fluglageregelung in Abhängigkeit von der Einwirkung des Piloten auf das Element 2 zur willkürlichen Steuerung. Der Rechner 3 ist über einen Wandler 4, der im folgenden ausführlicher beschrieben ist, mit dem Steuerelement 2 verbunden. Außerdem ist der Rechner 3 mit Antriebsmitteln 5, wie einer Servosteuerung, des gesteuerten Elements 6 verbunden. Dieses kann im Fall eines Flugzeugs eine Steuerfläche oder im Fall eines Hubschraubers ein Rotor oder eine Steuerfläche sein.
Erfindungsgemäß sind Mittel 7 zur Regelung der Position des Steuerelements 2 für die Position des gesteuerten Elements 6 vorgesehen. Genauer umfassen die Regelungsmittel 7 einen Motor 8, der einerseits durch eine Verbindung 9 mit der Servosteuerung 5 und andererseits durch eine Verbindung 10 mit dem Steuerelement 2 verbunden ist. Der Motor ist dazu ausgelegt, das Steuerelement 2 in Abhängigkeit von der Position der Servosteuerung 5 zu verschieben. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann zwischen der Servosteuerung 5 und dem Motor 8 ein Filter 11 vorgesehen sein.
Es kann auch wenigstens ein Sensor 12 vorgesehen sein, der durch die Verbindung 13 mit dem gesteuerten Element 6 und durch die Verbindung 14 mit dem Motor 8 verbunden ist, um die Position des gesteuerten Elements zu erfassen, und dessen Signal gestattet, den Motor 8 zum Betätigen des Steuerelements 2 zu steuern, um es in eine Position zu bringen, die der des gesteuerten Elements entspricht. Der Sensor 12 könnte ebenso in der Servosteuerung 5 untergebracht sein.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. In diesem Fall wirkt das Steuerelement 2, das zur Darstellung in Form eines Minihebels gezeigt ist, bei Verschiebung gegen eine Rückstellkraft, die es gestattet, dem Piloten eine Empfindung über die Belastung zu liefern. Die Position des Hebels 2 wird im Wandler 15 nachgebildet, bevor sie an den Rechner 3 für die Fluglageregelung geliefert wird, der nach dem unten beschriebenen, allgemeinen Prinzip einen Steuerbefehl an die Servosteuerung 5 gibt. Dafür liefert die Servosteuerung 5 Informationen über die Ausführung dieses Befehls einerseits durch die Verbindung 16 an den Rechner 3 und andererseits an den Motor 8 zum Antrieb des Hebels 2, wie unten beschrieben. Bei diesem Beispiel wirkt der Motor 8 über die Verbindung 10 auf die elastischen Rückstellelemente 17, um ihre Verankerungsposition zu ändern, wobei ihre Rückstellkraft aufgehoben wird. Dies ersetzt die herkömmlichen Entkopplungsmittel, die das Aufrechterhalten der Position des Hebels gestatten, wenn dieser vom Piloten losgelassen wird.
Fig. 3 zeigt den Fall einer Fluglageregelung mit Belastung, in welcher ein Belastungssensor 18 die vom Piloten auf den Hebel 2 ausgeübte Belastung (ohne merkliche Verschiebung des Hebels) erfaßt und sie an den Rechner 3 zurück überträgt.
Bei dieser Gelegenheit wird, wie ausführlicher im folgenden zu sehen ist, angemerkt, daß diese Art der Fluglageregelung im Vergleich mit der vorher zur Sprache gebrachten Fluglageregelung mit Verschiebung manche Vorteile aufweist.
Außerdem ist im Beispiel der Fig. 3 der Hebel 2 durch eine im wesentlichen starre, d. h. eventuell leicht verformbare, Verbindungsstange 10 mit dem Motor 8 verbunden, die dem Motor 8 gestattet, die Position des Hebels 2 über die Servo steuerung 5 mit der Position des gesteuerten Elements 6 zu regeln.
Wie in Fig. 4 zu sehen, kann in diesem letzteren Fall zwischen der Servosteuerung 5 und den mechanischen Dämpfungsmitteln (Dämpfungsfeder) 20, deren Anschläge 21 außerdem die Wirkung begrenzen, ein mechanisches Hilfsgestänge 19 vorgesehen sein. Das Gestänge gestattet, im Falle einer Störung des Systems von elektrischen Flugsteuerungen über die Servosteuerung die Position des gesteuerten Elements am Hebel nachzubilden. Außerdem kann ein Mittel 22 zum Aufheben der Wirkung des Antriebsmotors 8 des Steuerelements 2, z. B. eine ausrückbare Kupplung oder eine Unterbrechung der Versorgung des Motors, vorgesehen sein.
Im Falle der Fluglageregelung durch Belastung ist der Hebel in starrer Weise mit dem Verankerungsmotor verbunden, der selbst mit der Position der Servosteuerung geregelt wird. Der Hebel folgt der Position der Servosteuerung mit einer geringen dynamischen Abweichung. Folglich kann eine mechanische Hilfe mit demselben Hebel ins Auge gefaßt werden. Die Abweichungen werden durch einen passiven mechanischen Filter (Feder oder Dämpfer) absorbiert, der unter anderem imstande ist, die Bewegungen aufgrund der mehrzyklischen Steuerung zu filtern. Beiderseits des Filters sind Anschläge vorgesehen, um eine Begrenzung zu liefern, die den Fall der Anbringung der Servosteuerung an Bord abdecken. Der Übergang vom elektrischen Modus zum mechanischen Modus wird im Falle einer größeren Störung entweder durch die Einwirkung des Piloten oder durch eine automatische erneute Konfiguration des Systems von elektrischen Flugsteuerungen gesteuert, wobei der Übergang ohne Ruckbewegungen durch Freigabe der Belastung der Feder erfolgt.
Bei normaler Funktion gestattet die Feder, die dynamischen Abweichungen zwischen der Servosteuerung und dem Verankerungsmotor zu absorbieren. Im Falle eines Defekts setzt sie die Servosteuerung wieder an die Position des Hebels. Aus Gründen des Platzbedarfs kann das Verbindungsgestänge zwischen der Servosteuerung und dem Verankerungsmotor durch Kabelzüge ausgeführt sein. Dasselbe gilt für die zwischen ihnen vorgesehene mechanische Summenschaltung.
Aus dem vorhergehenden ist zu also zu sehen, daß der Pilot entweder durch Verschiebung des Hebels oder durch Anwendung einer Belastung auf diesen einwirken kann.
In allen Fällen gestattet selbstverständlich jedoch nur die Verschiebung des Hebels in Abhängigkeit von der Position der Steuerflächen, die Position des Rotors und den Steuerbereich wiederherzustellen, d. h. wie mit einem herkömmlichen Hebel. Tatsächlich kann die Belastung allein den Steuerbereich nicht wiederherstellen, wenn der Pilot nicht auf die Steuerungen einwirkt. Dieser Fall tritt beispielsweise ein, wenn der Pilot die gemeinsame Steigung fordert und er nicht auf den Steuerknüppel einwirkt. Die hintere Servosteuerung verschiebt sich zu ihrem Anschlag hin und die Erhöhung der Belastung warnt den Piloten nicht. Die Verschiebung der Pedale dagegen informiert den Piloten in jedem Moment über die Position des Rotors. Die Regelung der Verankerungsposition der Hebel für die Position der Servosteuerungen ist also unentbehrlich, um auf alle Betriebsanforderungen zu reagieren.
Das Prinzip der Fluglageregelung mit Ziel entspricht einer Einstufung der Einwirkung des Piloten im Ziel und nicht mehr in der Position der Steuerflächen, wie bei den herkömmlichen Steuerungen. Diese Änderung der Verbindung (Hebel/Steuerfläche in Einwirkung/Ziel) gestattet, ein für die Besatzung ideales Gerät bereitzustellen. Die Fluglageregelung wird durch Korrekturhandlungen um die Verankerungsposition herum ausgeführt. Daraus ergibt sich die Kenntnis der relativen Position oder der relativen Einwirkung, um die Fluglegeregelung auszuführen, und der ab soluten Position, um die Position des Rotors wiederherzustellen.
Die Fluglageregelung durch Ziel kann entweder durch eine Verschiebung des Hebels (Fig. 2) oder durch Anwendung einer Kraft (Belastung) auf diesen (Fig. 3) vorgesehen werden.
Die Fluglageregelung durch Verschiebung ist sehr genau am zu verfolgenden Ziel, erfordert aber eine große mechanische Präzision am Hebel (Nichtvorhandensein von Spiel, minimale Reibung) mit dem Nachteil der Erzeugung unfreiwilliger Befehle (fremdgesteuertes Pendeln, Steuerungsverzögerung, Ruckbewegungen der Steuerung). Für eine Fluglageregelung durch Ziel entspricht die Gleichgewichtsposition des Hebels (Belastung Null) dem Halten eines Parameters. Die gute Übertragung der Regelung (Ziel/Halten des Parameters) hängt ebenfalls von der mechanischen Präzision ab. Die Hinzufügung eines Berührungsgliedes ist oft notwendig, um die Haltephase zu bestimmen. Um eine erhöhte Steuerungspräzision zu erhalten, ist es überdies nötig, Durchfederungswege für die Fluglageregelung zu haben, was die Erkennung der Bewegungen des Piloten und der des Systems von elektrischen Flugsteuerungen um so mehr hindert. Die Kurve der Empfindlichkeit der Steuerung ist somit schwer regelbar, insbesondere für die großen Durchfederungswege.
Im Fall der Fluglageregelung mit Belastung erzeugt nur das Aufbringen einer Belastung auf den Hebel einen Fluglageregelungsbefehls. Die mechanischen Spielräume und die Reibungen, die bei dieser Lösung verringert sind, werfen kein Problem bei den Übertragungen der Phasen (Ziel/Halten) auf. Die Fluglageregelung mit Belastung weist als Vorteil auf, daß sie sich nicht mit den Verschiebungen zur Wiederherstellung des Steuerungsbereiches verbindet. Die Kurve der Empfindlichkeit Belastung/Ziel ist leicht veränderbar, da sie von der Bewegung des Hebels unabhängig ist. Bei einem solchen System ist die Präzision der Fluglageregelung im Gegensatz zur herkömmlichen Fluglageregelung mit der Empfindlichkeit für die Belastung und nicht mit der Empfindlichkeit in der Verschiebung verbunden. Dies ist ausschlaggebend für die Verwendung von Minihebeln, deren Durchfederungswege viel geringer als bei herkömmlichen Hebel sind.
Das Gesetz für die Ingangsetzung des Rotors, das Abheben und die Landung, das an alle Konfigurationen am besten angepaßt ist, ist das direkte Gesetz. Dieses Gesetz ist auch als Hilfe nötig, um den Fall eines Defekts der Belastungssensoren abzudecken. Somit ist ein Wechsel zwischen den Gesetzen durch Ziel und diesem direkten Gesetz erforderlich.
Im Fall der Fluglageregelung durch Ziel mit Verschiebung zumindest bei der herkömmlichen Konfiguration ohne Regelung des Steuerungselementes mit dem gesteuerten Element, ist die Bijektion Position des Hebels/Positionen der Servosteuerungen nicht sichergestellt, was ein Problem beim Wechsel der Gesetze aufwirft. Diese Diskontinuität der Gesetze kann nur durch komplexe Kunstgriffe bewältigt werden. Dieser Wechsel, der sich in den kritischen Flugphasen auswirkt, führt zu Schwierigkeiten bei der Einstellung.
Überdies ist im Fall des direkten Gesetztes der Fluglageregelung mit Verschiebung die Empfindlichkeit des Hebels durch die Zuordnung zwischen den Durchfederungswegen der Hebel und denen der Steuerflächen festgesetzt. Dieser Punkt ist bei einem Minihebel sehr nachteilig, dessen Durchfederungsweg begrenzt ist.
Im Fall der Fluglageregelung mit Ziel unter Belastung mit erfindungsgemäßer Wiederherstellung der Position des Rotors kehrt der Hebel dauerhaft an die Position der Servosteuerung zurück. Der Wechsel der Gesetze wird mit geringer Diskontinuität (dynamischer Abstand zwischen dem Verankerungsmotor und der Servosteuerung) natürlich. Überdies kann die Empfindlichkeit des Hebels in allen Gesetzen unabhängig angepaßt werden.
Außerdem hat sich gezeigt, daß die Fluglageregelung zu zweit (Pilot und Copilot) im allgemeinen Probleme bei der Priorität der Steuerung und der Synchronisation der Hebel aufwirft.
So stellen sich im Fall einer Flugzeugführung mit Verschiebung Probleme bei der Positionierung des gegenüberliegenden Hebels: Nachführeinrichtung an der Position des Hebels, Nachführeinrichtung an der Verankerungsposition und Wechsel der Hebel, ohne Ruckbewegungen an den Servosteuerungen zu erzeugen. Ein solches Problem tritt im Fall der Flugzeugführung mit Belastung gemäß der Erfindung nicht auf. Die Verankerungsposition ist beiden Hebeln gemeinsam und die Befehle durch Belastung des Piloten und des Copiloten werden ohne Prioritätsprobleme wie bei untereinander mechanisch verbundenen, herkömmlichen Hebeln summiert. Überdies kann ein Prioritätsknopf vorgesehen sein, um im Störungsfall die Wirkungen des anderen Hebels aufzuheben.
Außerdem können im Fall der Fluglageregelung mit Belastung der Copilot oder der Pilot die vom Piloten oder dem Copiloten geforderten Handlungen durch die Bewertung der Verschiebung seines Hebels kontrollieren. Dieses Konzept gestattet ebenfalls, die Besatzung unter Verfolgung der Bewegungen des Hebels bei durch das System ausgeführter Entkopplung einzuführen. Diese Lehre gestattet, daß die für die Fluglageregelung nach einem direkten Gesetz nötigen Reflexe nicht verlorengehen. Dies auszuführen ist für die Fluglageregelung mit Verschiebung zumindest bei der herkömmlichen Konfiguration nicht möglich.
Darüber hinaus muß angemerkt werden, daß die Fluglageregelung mit Verschiebung eine bedeutende und hochentwickelte Mechanik aufzwingt, um für den Piloten angenehm zu sein und um die Spielräume und die Reibungen zu beseitigen. Die Regelungen sind begrenzt und bei eingeschränktem Platzbedarf schwierig auszuführen, während das Gewicht einen nachteiligen Faktor bildet.
Dagegen ist die Technologie der Belastungssensoren, z. B. auf der Basis von Dehnungsmeßgeräten oder induktiven Sensoren, zuverlässig und wird gut beherrscht. Es ist dennoch keine erhöhte Präzision für die Belastungssensoren notwendig, weil der Pilot in Bezug auf die vorhergehenden Empfindungen verhältnismäßig reagiert. Die Kalibrierung der Dehnungsmeßgeräte wirft somit kein Problem auf. Überdies verringert diese Technologie die Belastungsdiskontinuitäten im Vergleich zu herkömmlichen Systemen auf der Basis von Belastungsgliedern beträchtlich. Der geringe Platzbedarf ist ebenfalls ein interessantes Kriterium, das die Möglichkeit bietet, die Sensoren beliebig zu vervielfachen und im Fall von Minihebeln die gesamten Motoren und Belastungssensoren in die Armlehne des Sitzes zu integrieren.
Außerdem werden im Fall der Fluglageregelung mit Verschiebung die Begrenzungen unter Erhöhung der Belastungen mit Hilfe einer hochentwickelten Mechanik tastend wiederhergestellt, die schadhaft werden kann (Blockierung, Verladen des Motors), während im Fall der Fluglageregelung mit Belastung die Begrenzungen durch programmierte Änderung der Empfindlichkeit des Hebels wiederhergestellt werden. Die Ausführung ist einfach und im Fall der Änderungen der Belastungen an den Begrenzungen bleibt die Fluglageregelung ohne Diskontinuität möglich. Eine Steuerung (insbesondere ein Knopf) kann vorgesehen sein, um die Änderung der Empfindlichkeit zu unterdrücken.
Nachfolgend werden einige die Sicherheit des Systems betreffende Probleme angesprochen.
Im Fall der Fluglageregelung mit Belastung gemäß der Erfindung erkennen der Pilot und der Copilot in jedem Moment, was das System für die Fluglageregelung (durch die Verschiebung der Verankerung des Hebels) ausführt, und können seiner Wirkung jederzeit entgegentreten, insbesondere für die Entkopplung der Steuerungen. Dies gilt nicht für ein System für die Fluglageregelung mit Verschiebung, jedenfalls nach dem herkömmlichen Prinzip, bei dem die Wirkung des Systems nur durch die Fluglagen, die der Hubschrauber einnimmt, oder durch die Belastungen auf den Hebel, wenn der Pilot auf die Steuerung einwirkt, zum Ausdruck gebracht werden.
Das Konzept der Fluglageregelung mit Belastung bietet außerdem den Vorteil, über ein System mit voller Autorität an den Steuerflächen unter der Kontrolle des Piloten zu verfügen.
Die Anzahl von in Bewegung befindlichen, mechanischen Teilen für die Fluglageregelung mit Verschiebung ist größer als für die Fluglageregelung mit Belastung, was die Gefahr von Störungen (z. B. Blockierung, Verladen) erhöht. In einem entsprechenden Fall wird die Fluglageregelung mit Verschiebung gefährlich, ja sogar unmöglich. Außerdem bleibt im Fall einer Störung des Verankerungsmotors des Hebels die Flugzeugführung mit Belastung trotz der unbequemen Hebelpositionen und einem Verlust der Wiederherstellung der Steuerungsbereiche am defekten Hebel einsatzfähig.
Im Fall des Verlusts der Messung der Belastung kann bei Fluglageregelung mit Verschiebung eine erneute Konfiguration leicht erfolgen, wobei der Hebel in bezug auf die Servosteuerung richtig positioniert wird: der Übergang erfolgt natürlich ohne Diskontinuität. Überdies bleibt im Fall einer Blockierung des Verankerungsmotors des Hebels die Fluglageregelung mit Belastung bei Verlust der Wiederherstellung der Steuerungsbereiche einsatzfähig.
Außerdem muß angemerkt werden, daß das Gesetz der Fluglageregelung mit Belastung eine einfache Gestaltung hat, da sie ja im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen mit Gesetzen der Fluglageregelung mit Verschiebung vom Autopilotentyp, der aus Gründen der Sicherheit eine Autorität hat, den Servosteuerungen keine Autoritätsbeschränkungen auferlegt (System mit voller Autorität).
Deshalb ist das Gesetz der Flugzeugführung mit Belastung in allen Flugdomänen homogen. Überdies ist für das Gesetz der Fluglageregelung mit Belastung die Regelung der Empfindlichkeit einfach auszuführen, weil sie unabhängig von der Position des Hebels (wie die herkömmlichen Systeme vom Autopilotentyp) einfach unter Anpassung des Gradienten (Empfindlichkeit) Belastung/Ziel der Winkelgeschwindigkeit im Rechenalgorithmus erfolgt. Überdies gestattet dieser Algorithmus vorteilhafterweise, diesen Gradienten während des Flugs in Echtzeit in Abhängigkeit von den Zuständen des Hubschraubers (z. B.: Flugzeuggeschwindigkeit, Beschränkungen des Geräts) durch Anpassung der Kurve Kraft/Anweisung der Fluglageregelung) zu ändern.
Darüber hinaus konfiguriert sich das System dank der Verbesserung der Erfindung im Fall des Ausfalls der Fluglagensensoren erneut ohne Entwicklung zu einer Fluglageregelung mit direktem Gesetz, wobei allein der Ausfall der Hilfe festgestellt wird. Im Fall des Verlusts von Informationen über die Belastung kann sich das System unter Verwendung der Informationen über die Position des Verankerungsmotors erneut konfigurieren. Wenn der Hebel in bezug auf die Servosteuerung richtig steht, erfolgt der Übergang natürlich. Überdies ist beim Gesetz mit Belastung keine Beschränkung der Autorität des Systems in bezug auf das herkömmliche Gesetz mit Verschiebung oder Wechsel zum nominalen Gesetz (außer Wechsel zum direkten Gesetz insbesondere für Landungen, Abheben) oder Wechsel zum verschlechterten Gesetz nötig.
Vorteilhafterweise wird die Einführung von höheren Modi (insbesondere Halten der Trimmung, Kurshalten, Halten der Höhe) einfach ausgeführt durch Berücksichtigung der Abweichung zwischen der Anweisung des Haltens und dem entsprechenden Sensor bei der Regelung des vorgenannten Gesetzes durch Ziel auf gleicher Ebene mit dem Integralglied.

Claims

1. Vorrichtung mit elektrischen Flugsteuerungen für Luftfahrzeuge, insbesondere Hubschrauber, die umfaßt:

- ein Element (2) zur willkürlichen Steuerung, das dazu bestimmt ist, vom Piloten des Luftfahrzeugs betätigt zu werden,

- einen Rechner (3) für die Fluglageregelung, der Befehle von seiten des Elements (2) zur willkürlichen Steuerung empfängt,

- Antriebsmittel (5), die vom Rechner (3) für die Fluglageregelung in Abhängigkeit von den Befehlen des Elements (2) zur willkürlichen Steuerung gesteuert werden, und

- ein gesteuertes Element (6), das von den Antriebsmitteln (5) angetrieben wird,

dadurch gekennzeichnet, daß sie Regelungsmittel (7) aufweist, die Informationen über die Position des gesteuerten Elements (6) empfängt und einen Motor (8) umfaßt, der imstande ist, das Element (2) zur willkürlichen Steuerung zu verschieben, um die Position dieses mit der des gesteuerten Elements (6) zu regeln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Sensor (12) zum Erfassen der Position des gesteuerten Elements (6) umfaßt und dessen Signal gestattet, den Motor (8) zur Verschiebung des Elements (2) zur willkürlichen Steuerung zu steuern, um es in eine Position zu bringen, die der des gesteuerten Elements (6) entspricht.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) zur willkürlichen Steuerung mit dem Motor (8) zu dessen Verschiebung durch eine Verbindung verbunden ist, die elastische Rückstellmittel (17) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (2) zur willkürlichen Steuerung mit dem Motor (8) zu dessen Verschiebung durch eine im wesentlichen steife Verbindung (10) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Antriebsmitteln (5) und dem Motor (8) zur Verschiebung des Elements (2) zur willkürlichen Steuerung ein Filter (11) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Element (2) zur willkürlichen Steuerung und dem Rechner (3) für die Fluglageregelung Wandlermittel (4) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlermittel (4) aus Mitteln (15) zur Nachbildung der Position des Elements (2) zur willkürlichen Steuerung bestehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlermittel (4) aus wenigstens einem Belastungssensor (18) bestehen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Antriebsmitteln (5) und dem Motor (8) zur Verschiebung des Elements (2) zur willkürlichen Steuerung ein mechanisches Hilfsgestänge (19) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Gestänge (19) mechanische Dämpfungsmittel (20) verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der mechanischen Dämpfungsmittel (20) zur Begrenzung von deren Wirkung Anschläge (21) vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (22) zur Aufhebung der Wirkung des Motors (8) zur Verschiebung des Elements (2) zur willkürlichen Steuerung vorgesehen ist.