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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft allgemein Steuersäulen für Flugzeuge und insbesondere Fly-by-Wire-Steuersäulen für Flugzeuge.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die Leistungsanforderungen an zivile und militärische Flugzeuge nehmen stetig zu. Vor diesem Hintergrund sind herkömmliche Steuerungstechnologien, die mechanische Gestänge verwenden, nicht in der Lage, den Piloten von höherer geistiger und manueller Steuerungsarbeit zu befreien. Darum verwenden die heutigen Hochleistungsflugzeuge sowie einige Transportflugzeuge Fly-by-Wire-Sidesticks und -Centersticks, die auch als Steuersäulen bezeichnet werden.
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Diese Fly-by-Wire-Steuersäulen simulieren eine taktile Rückmeldung bezüglich der Steuerflächen des Flugzeugs an die Steuersäulen.
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Bei einer passiven Steuersäule spürt der Pilot Feder- oder Dämpferkräfte entsprechend der ausgeübten Auslenkung eines Sticks der Steuersäule, die die Steuerungseingabe in einen Flugsteuerungscomputer (FSC) ist. Diese Kräfte werden durch ein Feder- und Dämpferpaket realisiert. Bei einer solchen passiven Steuersäule sind die Controller-Kräfte des Piloten (d. h. sein taktiles Empfinden) gewöhnlich unveränderlich.
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Ein Nachteil dieses passiven Steuerungskonzepts – im Gegensatz zu herkömmlichen Controllern – ist, dass der Pilot den Kontakt zu den Steuerflächen des Flugzeugs und auch den Kontakt zum zweiten Piloten im Cockpit verliert. Somit verliert der Pilot taktile Informationen und kann nur visuelle Anhaltspunkte nutzen, um sich über den momentanen Flugzustand, die verfügbare Trimmsteuerleistung und die Handlungen des anderen Piloten zu informieren. Weitere Nachteile betreffen den Umstand, dass das Rückmeldungsprofil nicht justiert werden kann, um andere Änderungen beim Flugzustand des Flugzeugs oder den Steuerflächen zu kompensieren, wie zum Beispiel aufgrund von Änderungen bei der Flughöhe, beim Wetter oder bei mechanischen Störungen.
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Bei einer aktiven Direktantriebs-Steuersäule verspürt der Pilot eine simulierte Steuerkraft allein durch die Verwendung ausgeklügelter Servosysteme. Bei dem aktiven Direktantriebs-Steuerungssystem werden ein Motor, eine Ansteuerungselektronik und ein auf einem Regelkreis mit hoher Bandbreite basierender Kraft- und Dämpfungs-Steuerungsalgorithmus verwendet, um die taktile Rückmeldung direkt an den Stick zu übermitteln und so die taktile Rückmeldung der Steuerflächen des Flugzeugs zu simulieren. Durch Verwendung dieses Systems mit hoher Bandbreite ist das System aufgrund der erhöhten Anzahl von Sensoren und der Komplexität des Steuerungssystems teuer und sperrig. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass bei diesen aktiven Direktantriebssystemen, im Falle eines Motorausfalls, der Stick blockieren kann, so dass der Pilot das Flugzeug nicht mehr steuern kann. Um das zu korrigieren, muss unnötige Redundanz in das System eingebaut werden.
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Es besteht Bedarf an einem justierbaren taktilen Rückmeldungssystem für eine Steuersäule, das nicht mit den Nachteilen üblicher, voll-aktiver Steuersäulen behaftet ist und das dafür verwendet werden kann, an eine Steuersäule eine taktile Rückmeldung über die Aktivitäten des Piloten der anderen Steuersäule zu übermitteln.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen neue und verbesserte Steuerungssysteme für ein Flugzeug bereit, die sowohl eine aktive als auch eine passive Rückmeldung an Steuersäulen des Steuerungssystems enthalten. Die Verwendung sowohl einer aktive als auch einer passiven Rückmeldung bietet die Vorteile beider Systeme, wie zum Beispiel eine mechanisch einfache Bauweise, die sich kostengünstig herstellen lässt und die keine Ansteuerungselektronik und Algorithmen mit hoher Bandbreite erfordert.
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In einer konkreten Ausführungsform wird eine inaktive Direktantriebs-Steuersäule bereitgestellt, die einen Stick, eine passive Rückmeldungsanordnung und einen Aktuator umfasst. Der Stick kann durch einen Piloten relativ zu einem mechanischen Grund bewegt werden, um Steuersignale an das Flugzeug zu übermitteln. Dieser Stick kann die Längsneigung und/oder die Querneigung steuern. Die passive Rückmeldungsanordnung ist relativ zu dem mechanischen Grund beweglich und wirkt direkt auf den Stick, um ein passives Rückmeldungskraftprofil an den Stick zu übermitteln, wenn der Stick relativ zu der passiven Rückmeldungsanordnung bewegt wird. Der Aktuator ist mit der passiven Rückmeldungsanordnung wirkverbunden, um die Position der passiven Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund aktiv zu justieren. Die Justierung der passiven Rückmeldungsanordnung relativ zum mechanischen Grund kann das Kraftprofil der Rückmeldungsanordnung relativ zum mechanischen Grund justieren.
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In einer Ausführungsform enthält die passive Rückmeldungsbaugruppe einen Nocken, der eine Nockenfläche und eine Widerstandsanordnung enthält. Die Nockenfläche definiert eine neutrale Rückmeldungsposition. Der Stick enthält einen Nockenstößel, der der Nockenfläche folgt. Die Widerstandsanordnung spannt die Nockenfläche in zunehmendem Maße vor, um der Bewegung des Nockenstößels aus der neutralen Rückmeldungsposition einen Widerstand entgegenzusetzen, um die passive taktile Rückmeldung zu erzeugen.
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Die Widerstandsanordnung kann in konkreteren Ausführungsformen durch eine Feder- und/oder Dämpferanordnung gebildet werden. Die Dämpferanordnung könnte ein Rotations-Fluiddämpfer sein.
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In einer Ausführungsform ist die Nockenfläche allgemein V-förmig ausgebildet, wobei der Nockenstößel innerhalb der V-Form der Nockenfläche positioniert ist. Die neutrale Rückmeldungsposition ist eingenommen, wenn der Nockenstößel beide Seiten der V-förmigen Oberfläche berührt oder auf andere Weise innerhalb der V-Form zentriert ist.
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In einer Ausführungsform enthält die passive Rückmeldungsbaugruppe eine Kardanringanordnung, die die Nockenfläche und die Widerstandsanordnung trägt. Der Aktuator ist mit der Kardanringanordnung wirkverbunden und dafür konfiguriert, die Position der Kardanringanordnung relativ zum mechanischen Grund zu justieren, um die Position der passiven Rückmeldungsbaugruppe relativ zum mechanischen Grund aktiv zu justieren. Die Justierung erleichtert außerdem die Modifizierung des Rückmeldungsprofils in Bezug auf den mechanischen Grund.
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Die Kardanringanordnung und der Stick können an dem mechanischen Grund für eine Schwenkbewegung um eine gemeinsame erste Achse angelenkt sein. Außerdem kann der Aktuator ein linearer Aktuator sein, der an der Kardanringanordnung für eine relative Schwenkbewegung dazwischen um eine zweite Achse angelenkt ist, und der Aktuator kann an dem mechanischen Grund für eine Bewegung um eine dritte Achse, die von der ersten und der zweiten Achse versetzt ist, angelenkt sein.
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In einer Ausführungsform ist die passive Rückmeldungsanordnung zwischen dem Stick und dem Aktuator dergestalt wirkverbunden, dass ein Ausfall des Aktuators nicht vollständig die Bewegung des Sticks relativ zu dem mechanischen Grund und der Rückmeldungsbaugruppe verhindert. Da sich die Steuerung des Flugzeugs proportional zur Bewegung des Sticks relativ zu dem mechanischen Grund verhält, kann die Steuersäule immer noch zum Steuern des Flugzeugs verwendet werden, wenn der Stick nicht daran gehindert ist, sich bei einem Ausfall des Aktuators relativ zum mechanischen Grund zu bewegen.
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In einer weiteren Ausführungsform enthält die passive Rückmeldungsbaugruppe mindestens ein Vorspannelement, wobei dieses Vorspannelement zwischen dem Aktuator und dem Stick und nicht zwischen dem mechanischen Grund und dem Stick an der Verbindung zwischen dem Stick und dem mechanischen Grund angeordnet ist. In einer solchen Anordnung wirkt das Vorspannelement – wenn keine externe Last an den Stick angelegt wird – nicht aktiv dem Justieren der Position der passiven Rückmeldungsanordnung relativ zum mechanischen Grund durch den Aktuator entgegen. Das heißt, wenn der Aktuator die Position der passiven Rückmeldungsanordnung relativ zum mechanischen Grund justiert, so wird das Vorspannelement nicht bewegt, solange ein Pilot nicht auf den Stick einwirkt.
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In einer Ausführungsform sind die Kardanringanordnung und der Nocken, der die Nockenfläche aufweist, aneinander angelenkt.
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In einer Ausführungsform ist der Stick relativ zu dem mechanischen Grund in mindestens zwei Dimensionen beweglich, wobei eine Dimension die Längsneigung darstellt und eine andere Dimension die Querneigung darstellt.
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Ein weiteres Flugzeugsteuerungssystem kann durch einen Stick, der beweglich an einen mechanischen Grund gekoppelt ist, und eine Rückmeldungsanordnung, die ein passives Rückmeldungsprofil für den Stick relativ zu dem mechanischen Grund bereitstellt, bereitgestellt werden. Mindestens ein Abschnitt der Rückmeldungsanordnung ist relativ zu dem mechanischen Grund und dem ersten Stick beweglich, um das erste Rückmeldungsprofil relativ zu dem mechanischen Grund zu justieren.
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In einer Ausführungsform enthält das Flugzeugsteuerungssystem des Weiteren einen Aktuator, der mit der passiven Rückmeldungsanordnung gekoppelt ist, um die Position der passiven Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund zu justieren, um das Rückmeldungsprofil zu justieren.
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In einer Ausführungsform enthält die Rückmeldungsanordnung ein Dämpfungselement. Das Dämpfungselement arbeitet nicht gegen den Aktuator, wenn der Aktuator die Position der passiven Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund justiert.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zum Übermitteln einer Rückmeldung an einen Steuerstick eines Flugzeugsteuerungssystems bereitgestellt. Das Verfahren enthält folgende Schritte: passives Vorspannen des Steuersticks, wenn der Steuerstick aus einer neutralen Rückmeldungsposition herausbewegt wird, und aktives Justieren der neutralen Rückmeldungsposition relativ zu einem mechanischen Grund, um ein passives Rückmeldungsprofil relativ zu dem mechanischen Grund zu justieren.
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Der Schritt des passiven Vorspannens des Steuersticks kann durch eine passive Rückmeldungsanordnung ausgeführt werden. Der Schritt des passiven Vorspannens des Steuersticks kann beinhalten, das Vorspannen des Sticks zu dämpfen, wenn der Stick aus der neutralen Rückmeldungsposition relativ zu der passive Rückmeldungsanordnung bewegt wird. In einer konkreteren Ausführungsform erfolgt das Dämpfen unabhängig von der relativen Bewegung zwischen dem mechanischen Grund und dem Steuerstick.
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Weitere Aspekte, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die beiliegenden Zeichnungen, die in die Spezifikation integriert sind und einen Teil von ihr bilden, veranschaulichen mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
Die beiliegende Figur ist eine schematische Illustration eines Flugzeugsteuerungssystems mit Steuersäulen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Obgleich die Erfindung in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, besteht nicht die Absicht, sie auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Ganz im Gegenteil ist beabsichtigt, alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente in den Geist und Schutzumfang der Erfindung, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, aufzunehmen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die beiliegende Figur ist eine vereinfachte schematische Illustration eines Flugzeugsteuerungssystems 100 zum Steuern von Längsneigung und/oder Querneigung eines Flugzeugs. Das Flugzeugsteuerungssystem 100 enthält allgemein eine erste und eine zweite Steuersäule 102, 104 (generisch als Steuersäulen 102, 104 bezeichnet). Die Steuersäulen 102, 104 werden durch die Piloten (z. B. Pilot und Copilot) zum Steuern verschiedener Aktionen des Flugzeugs wie zum Beispiel Längsneigung, Querneigung und/oder Längsneigung und Querneigung verwendet.
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Die Steuersäulen 102, 104 werden als Fly-by-Wire-Steuersäulen angesehen, weil die Bedienung der Steuersäulen zum Justieren der Längsneigung und/oder Querneigung des Flugzeugs nicht direkt zu den Steuerflächen des Flugzeugs durch mechanische Geräte übermittelt wird. Stattdessen werden die Abweichungen der Steuersäulen von neutralen Positionen detektiert und anschließend in elektrische Signale umgewandelt. Diese Signale werden dann zu Aktuatoren gesendet, die die elektrischen Signale dafür verwenden, proportionale Änderungen an den Steuerflächen des Flugzeugs vorzunehmen.
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Weil die Steuersäulen 102, 104 nicht mechanisch mit den Steuerflächen verbunden sind, beinhaltet das Steuerungssystem 100 eine taktile Rückmeldung, die an die Steuersäulen 102, 104 übermittelt wird, um das Gefühl zu simulieren, das ein Pilot bekäme, wenn die Steuersäulen 102, 104 mechanisch mit den Steuerflächen gekoppelt wären. Wenn zum Beispiel die Piloten einen hohen Grad an Längsneigung oder Querneigung abrufen, so würde die taktile Rückmeldung die Kräfte vergrößern, die die Piloten an die Steuersäulen anlegen müssten, um diese Änderung an den Steuerflächen zu veranlassen. Das heißt, bei der derzeitigen Steuerung des Flugzeugs würde ein hoher Grad an Abweichung ausgeführt werden, indem eine große Kraft an die entsprechende Steuersäule angelegt wird.
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Die Steuersäulen 102, 104 enthalten allgemein einen ersten und einen zweiten Stick 108, 110 (d. h. einen Stick für den Piloten und einen Stick für den Copiloten), mit denen die Piloten Steuersignale bezüglich einer gewünschten Längsneigung und/oder Querneigung eingeben. Der erste und der zweite Stick 108, 110 interagieren mit einer ersten und einer zweiten Rückmeldungsbaugruppe 112, 114 zum übermitteln einer taktilen Rückmeldung. Die Säulen 102, 104 sind mit einer elektronischen Steuerungsanordnung 106 gekoppelt, die die dynamischen Justierungen der Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 steuert.
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Jede Rückmeldungsbaugruppe 112, 114 übermittelt die taktile Rückmeldung an ihren entsprechenden Stick 108, 110. In einigen Ausführungsformen hat diese taktile Rückmeldung zwei Komponenten, eine passive Komponente und eine aktive Komponente.
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In der Regel bezieht sich die passive Komponente, d. h. ein erster Abschnitt der taktilen Rückmeldung, auf den Flugzustand, d. h. den Betrag an Längsneigung oder Querneigung, den der Pilot mit der entsprechenden Auslenkung des Sticks von einer neutralen Position abruft. In einer Ausführungsform bezieht sich die aktive Komponente, d. h. der zweite Abschnitt der taktilen Rückmeldung, auf Konflikte zwischen den zwei verschiedenen Steuersäulen 102, 104. Genauer gesagt, übermitteln die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 eine taktile Rückmeldung, wenn sich die zwei Sticks 108, 110 nicht in der gleichen Position relativ zu einem mechanischen Grund befinden, d. h. wenn die Piloten widersprüchliche Steuerbefehle an das Flugzeug geben. Jedoch könnten auch andere Systeme eine aktive taktile Rückmeldung auf der Grundlage anderer Eingaben übermitteln, wie zum Beispiel Änderungen bei den Eigenschaften des Flugzeugs, wie zum Beispiel Anderungen der Flughöhe, Vereisung der Steuerflächen, Ausfalls oder Funktionsminderung der Aktuatoren, die die Steuerflächen ansteuern, usw.
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Die Steuersäulen 102, 104 dieser Ausführungsform sind im Wesentlichen identisch. Der Stick 108 enthält allgemein einen ersten Griffabschnitt 116, und der Stick 110 enthält einen zweiten Griffabschnitt 118. Die Piloten bewegen die Griffabschnitte 116, 118 manuell zum Steuern des gewünschten Betrages an Längsneigung und/oder Querneigung. Der Griffabschnitt 116 ist mit einem ersten Verbindungsglied 120 wirkverbunden, und der Griffabschnitt 118 ist mit einem zweiten Verbindungsglied 122 wirkverbunden. Die Verbindungsglieder 120, 122 sind mit einem ersten bzw. einem zweiten Nockenstößel 124, 126 (in der vorliegenden Ausführungsform als Rollen veranschaulicht) wirkverbunden oder enthalten solche Nockenstößel. Die Nockenstößel 124, 126 interagieren mit der entsprechenden Rückmeldungsbaugruppe 112, 114 zum Übermitteln eines variablen taktilen Rückmeldungsprofils an die Sticks 108, 110.
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Die Sticks 108, 110 schwenken um einen entsprechenden ersten bzw. zweiten gemeinsamen Schwenkpunkt 128, 130 relativ zu einer entsprechenden ersten bzw. zweiten neutralen Grundposition 132, 134. Die Winkelverschiebung der Sticks 108, 110 relativ zu der entsprechenden neutralen Grundposition 132, 134 ist proportional zum Betrag der Längsneigung oder Querneigung, den der Pilot abruft, d. h. proportional zum Betrag der Änderung der Position der entsprechenden Steuerflächen des Flugzeugs.
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Im Allgemeinen übermitteln die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 eine taktile Rückmeldung an den Piloten durch Erzeugen eines Widerstandes gegen die Bewegung der Sticks 108, 110 aus der neutralen Grundposition 132, 134. In einer Ausführungsform sind die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 inaktive Direktantriebs-Rückmeldungsbaugruppen. Somit kann das System sowohl eine aktive als auch eine passive Rückmeldung übermitteln. Die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 nutzen eine passive Rückmeldung als eine erste Form der taktilen Rückmeldung, die sich, wie oben angesprochen, in der Regel auf den Steuerzustand der Sticks 108, 110 bezieht. Dies bezieht sich den abgerufenen Betrag der Längsneigung und/oder Querneigung und simuliert eine mechanische Verbindung zu den Steuerflächen des Flugzeugs. Diese passive Rückmeldung wird durch Widerstandsanordnungen 136, 138 (d. h. ein Feder- und Dämpferpaket) erzeugt, die einer Drehbewegung des Sticks 108, 110 aus einer neutralen Rückmeldungsposition mittels einer oder mehrerer Federn und/oder Dämpfer oder sonstiger Vorspannelemente entgegenwirken.
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In typischen Ausführungsformen wird das Widerstandsprofil der Widerstandsanordnung umso größer, je größer der Betrag der Winkelverschiebung oder Auslenkung der Sticks 108, 110 von der neutralen Position 132, 134 ist, die zufällig die neutrale Position 132, 134 in der veranschaulichten Ausführungsform ist. Dieser Widerstand stellt insofern eine Rückmeldung an den Piloten dar, als – wenn der Pilot einen bestimmten Betrag an Längsneigung oder Querneigung abruft – das Muskelgedächtnis des Piloten einen bestimmten Betrag an Drück- oder Zugkraft anlegen will, um die Kraft der Federn und Dämpfer der Widerstandsanordnungen 136, 138 zu überwinden. Somit lernen die Piloten, wie viel Kraft für die Steuerung des Flugzeugs benötigt wird, d. h. wie viel Kraft zum Justieren der Position der Sticks 108, 110 relativ zum neutralen Grund 132, 134 für einen bestimmten Betrag an Längsneigung und/oder Querneigung aufgewendet werden muss.
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Die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 enthalten in der veranschaulichten Ausführungsform einen profilierten ersten oder zweiten Nocken 144, 146, der eine erste bzw. eine zweite V-förmige Nockenfläche 148, 150 aufweist, mit der die Nockenstößel 124, 126 interagieren. In dem Maße, wie sich die Nockenstößel 124, 126 von der Mitte, d. h. dem Boden des V der Nockenflächen 148, 150 fort bewegen, vergrößern die Widerstandsanordnungen 136, 138 die Winkelkraft, die auf den entsprechenden Stick 108, 110 ausgeübt wird, um eine taktile Rückmeldung an den Piloten zu übermitteln.
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Der Mittelpunkt der Nockenflächen 148, 150 kann auch als eine neutrale Rückmeldungsposition oder eine neutrale Kardanringposition bezeichnet werden, weil in dieser Position durch die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 keine Rotationskraft auf die Sticks 108, 110 ausgeübt wird. In einer Ausführungsform in der neutralen Rückmeldungsposition (wie in der Figur gezeigt) berühren der Nockenstößel 124, 126 beide Seiten der entsprechenden V-förmigen Nockenfläche 148, 150, dergestalt, dass durch die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 keine Rotationskraft auf die Sticks 108, 110 ausgeübt wird. In 1 ist die neutrale Rückmeldungsposition so dargestellt, dass sie auf die neutralen Grundpositionen 132, 134 ausgerichtet ist.
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Der erste und der zweite Nocken 144, 146 in Kombination mit der ersten und der zweiten Widerstandsanordnung 136, 138 können als passive Zentriermechanismen bezeichnet werden, da die dadurch erzeugten Kräfte versuchen, die Sticks 108, 110 immer in Richtung der Mitte der Nocken 144, 146, die der neutralen Rückmeldungsposition entsprechen, anzusteuern.
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In einigen Ausführungsformen ist das Flugzeugsteuerungssystem 100 außerdem dafür konfiguriert, eine aktive taktile Rückmeldung an die Piloten zu übermitteln, wenn eine Diskrepanz bei der Steuerungseingabe zwischen den zwei verschiedenen Sticks 108, 110 vorliegt. Eine Diskrepanz tritt ein, wenn ein Pilot versucht, einen anderen Grad an Längsneigung und/oder Querneigung abzurufen als der andere Pilot. Dies kann unter Verwendung einer zweiten Form der taktilen Rückmeldung dargestellt werden, die oben beschrieben ist: die aktive taktile Rückmeldung.
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In einer Ausführungsform sind die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 dafür konfiguriert, zu versuchen, den ersten und den zweiten Stick 108, 110 in einer gleichen Position relativ zum mechanischen Grund 159 zu halten, wenn die Handlungen eines Piloten eine Abweichung bei der Position zwischen den zwei Sticks 108, 110 hervorrufen.
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Um eine aktive taktile Rückmeldung an einen Stick 108, 110 bezüglich der Bedienung des anderen Sticks 110, 108 zu übermitteln, enthalten die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 einen beweglichen ersten oder zweiten Kardanring 152, 154, die durch einen entsprechenden ersten oder zweiten Aktuator 156, 158 angesteuert werden, um die Position eines ersten und eines zweiten Nockens 144, 146 relativ zu dem mechanischen Grund 159 zu justieren. Die Justierung der Position der Nocken 144, 146 relativ zum mechanischen Grund 159 justiert aktiv das Kraftrückmeldungsprofil relativ zum mechanischen Grund 159. Somit können durch die entsprechende Rückmeldungsbaugruppe 108, 110 unterschiedliche Kräfte an die entsprechenden Sticks 108, 110 angelegt werden, wenn die Sticks 108 110 relativ zum mechanischen Grund bewegt werden.
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In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Aktuatoren 156, 158 als lineare Aktuatoren veranschaulicht, die an dem mechanischen Grund 159 sowie an Kardanringen 152, 154 angelenkt sind. Es können jedoch auch andere Aktuatoren verwendet werden, wie zum Beispiel Drehaktuatoren, die zum Beispiel an Schwenkpunkten 128, 130 positioniert sind, oder Motoren mit Zahnrädern, die auf entsprechende Verzahnungen von Kardanringen 152, 154 wirken. Es können noch andere Arten von Antriebsmechanismen zum Justieren der Position der Kardanringe 152, 154 relativ zum mechanischen Grund 159 verwendet werden.
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Weil des Weiteren der passive Rückmeldungsabschnitt, d. h. die Widerstandsanordnungen 136, 138, den Kardanringen 152, 154 entspricht, sind Nocken 144, 146 zwischen den Aktuatoren 156, 158 und den Sticks 108, 110 angeordnet. Dies stellt einen indirekten Antrieb dar, weil die Aktuatoren 156, 158 nicht direkt an die Sticks 108, 110 gekoppelt sind. Somit können sich die Sticks 108, 110 – zumindest zu einem gewissen Grad – unabhängig von den Aktuatoren 156, 158 bewegen. Somit existiert wenigstens ein begrenzter oder vorbeeinflusster Freiheitsgrad zwischen den Sticks 108, 110 und ihren entsprechenden Rückmeldungsbaugruppe 112, 114. Das heißt, wenn die Aktuatoren 156, 158 blockieren oder in einen festen Zustand gesteuert werden sollten, so können sich die Sticks 108, 110 immer noch relativ zum mechanischen Grund 159 bewegen, so dass die Piloten immer noch Justierungen am Steuerzustand des Flugzeugs vornehmen können.
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Kardanringe 152, 154 sind drehbar an dem mechanischen Grund 159 montiert, um eine Drehbewegung um einen ersten bzw. einen zweiten gemeinsamen Schwenkpunkt 128, 130 zu vollführen. Somit können sich der Stick 108, 110 und der Kardanring 152, 154 einer bestimmten Steuersäule 102, 104 um eine entsprechende gemeinsame Achse drehen, die durch den jeweiligen gemeinsamen Schwenkpunkt 128, 130 gebildet wird.
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In der veranschaulichten Ausführungsform enthalten die Kardanringe 152, 154 Kardanringrahmen 160, 162. Der erste und der zweite Nocken 144, 146 werden durch die Kardanringrahmen 160, 162 beweglich getragen. In der veranschaulichten Ausführungsform enthalten der erste und der zweite Nocken 144, 146 Nockenverbindungsarme 164, 166, die an einem ersten und einem zweiten Kardanringrahmenarm 168, 170 angelenkt sind. Der erste und der zweite Nocken 144, 146 und der erste und der zweite Kardanringrahmen 160, 162 drehen sich dank der dazwischen liegenden Anlenkpunkte 172, 174 relativ zueinander, um den Kraftbetrag zu justieren, der aufgrund von Justierungen der Kompression oder Ausdehnung der Vorspannmechanismen innerhalb der Widerstandsanordnungen 136, 138 an den ersten und den zweiten Stick 108, 110 angelegt wird.
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Es könnten jedoch auch andere Mittel verwendet werden, um es den Nocken 144, 146 zu ermöglichen, sich relativ zu den Kardanringrahmen 160, 162 zu bewegen. Zum Beispiel könnten die Nocken 144, 146 frei schwimmen und nur am Ende der Widerstandsanordnungen 136, 138 angebracht sein. Alternativ könnten die Nocken 144, 146 für eine lineare Gleitbewegung entlang der Kardanringrahmen 160, 162 montiert sein.
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Die Widerstandsanordnungen 136, 138 stellen Dämpfer 174, 176 bereit, die das System dämpfen. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Widerstandsanordnungen 136, 138 und insbesondere ihre Dämpfer zwischen den Sticks 108, 110 und den Kardanringen 152, 154 angeordnet. Während bei anderen Ausführungsformen Abschnitte der Widerstandsanordnungen 136, 138 und insbesondere der Dämpfer 174, 176 zwischen dem mechanischen Grund 159 und den Sticks 108, 110 angeordnet sein könnten, ist das bei dieser Ausführungsform nicht der Fall, da sie den zusätzlichen Nutzen bietet, die Wirkung der Dämpfer 174, 176 von den Aktuatoren 156, 158 zu entkoppeln. Das heißt, in dieser Ausführungsform arbeiten die Widerstandsanordnungen 136, 138 und insbesondere ihre Dämpfer 174, 176 nicht den Aktuatoren 156, 158 entgegen während die Aktuatoren 156, 158 die Position der Kardanringe 152, 154 relativ zum mechanischen Grund 159 justieren.
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Durch Anordnen der Widerstandsanordnung zwischen den Sticks 108, 110 und den Kardanringen 152, 154 steuern die Aktuatoren 156, 158 die Sticks 108, 110 durch die passiven Rückmeldungsabschnitte der Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 an, aber wenn keine Eingabe durch die Piloten erfolgt, wirken die Widerstandsanordnungen 136, 138 und insbesondere ihre Dämpfer 174, 176 nicht der Bewegung der Aktuatoren 156, 158 entgegen.
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Die Dämpfer 174, 176 könnten Rotations-Fluiddämpfungsmodule sein. Alternativ könnten sie lineare Fluiddämpfer sein. Es könnten auch andere Dämpfer, wie zum Beispiel elektronische Dämpfer, integriert sein.
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Eine konkretere Steuerung der Positionierung der Nocken 144, 146 relativ zum mechanischen Grund ist in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung, die an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde, mit der Anwaltsregisternummer RBVD 507843 und mit dem Titel „Position Control System for Cross Coupled Operation of Fly-By-Wire Control Columns”, Anmeldungsnr. 12/844,867, eingereicht am 28. Juli 2010, beschrieben, deren Lehren und Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden.
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In einer Ausführungsform wird durch aktives Justieren der Position der Kardanringe 152, 154 und folglich ihrer entsprechenden Nocken 144, 146 um die gemeinsamen Schwenkpunkte 128, 130 das Widerstands- oder Rückmeldungsprofil relativ zu den neutralen Positionen 132, 134 und dem mechanischen Grund 159, das auf die entsprechenden Sticks 108, 110 angewendet wird, aktiv geändert, wodurch eine modifizierte taktile Rückmeldung an den Piloten übermittelt wird.
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Diese aktive Justierbarkeit kann dafür verwendet werden, eine Diskrepanz zwischen den Befehlen, die durch die zwei Sticks 108, 110 ausgegeben werden, anzuzeigen. Diese Justierbarkeit des Kraftprofils kann außerdem dafür verwendet werden, zu versuchen, die beiden Sticks 108, 110 in einer gemeinsamen Position zu halten, wenn ein Pilot eine solche Steuerungsdiskrepanz eingibt, indem eine korrigierende Kraft an den bewegten Stick angelegt wird, die die erhöhte Kraft kompensiert, die durch den Piloten ausgeübt wird, der versucht, von dem anderen Stick abzuweichen. Des Weiteren kann diese aktive Justierbarkeit des Widerstands- oder Rückmeldungsprofils auch dafür verwendet werden, andere Veränderungen am Flugzeug zu simulieren, wie zum Beispiel Änderungen an den Steuerflächen, Änderungen oder Ausfall der Aktuatoren, die die Steuerflächen ansteuern, Vereisung der Steuerflächen, Änderungen der Flughöhe usw.
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Weitere Merkmale des Systems 100 sind in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung, die an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde, mit der Anwaltsregisternummer RBVD 507949 und mit dem Titel „Active Control Column with Manually Activated Reversion to Passive Control Column”, Anmeldungsnr. 12/845,246, eingereicht am 28. Juli 2010, offenbart, deren Lehren und Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen werden.
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Alle Verweise, einschließlich Publikationen, Patentanmeldungen und Patenten, die im vorliegenden Text zitiert werden, werden hiermit durch Bezugnahme im gleichen Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen, als wenn jeder Verweis einzeln und ausdrücklich durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wäre und in seinem gesamten Wortlaut im vorliegenden Text wiedergegeben worden wäre.
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Die Verwendung der Begriffe „ein”, „einer”, „eine” und „der/die/das” und ähnliche Bezugswörter im Kontext des Beschreibens der Erfindung (insbesondere im Kontext der folgenden Ansprüche) ist so auszulegen, dass sie sowohl die Einzahl- als auch die Mehrzahlbedeutung umfasst, sofern im vorliegenden Text nicht etwas anders angegeben ist oder sofern der Kontext einer solchen Auslegung nicht eindeutig entgegen steht. Die Begriffe „umfassen”, „haben”, „aufweisen” und „enthalten” sind als offenendige Begriffe auszulegen (d. h. in der Bedeutung von „einschließlich, aber nicht darauf beschränkt”), sofern nichts anderes angemerkt ist. Die Nennung von Wertebereichen im vorliegenden Text dient lediglich als ein abgekürztes Verfahren des individuellen Verweises auf jeden separaten Wert, der in den Bereich fällt, sofern im vorliegenden Text nicht etwas anders angegeben ist, und jeder separate Wert ist so in die Spezifikation aufgenommen, als ob er einzeln im vorliegenden Text genannt wäre. Alle im vorliegenden Text beschriebenen Verfahren können in jeder beliebigen geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden, sofern im vorliegenden Text nicht etwas anders angegeben ist oder sofern der Kontext einer solchen Auslegung nicht eindeutig entgegensteht. Die Verwendung jeglicher Beispiele oder von Formulierungen, die Beispiele zum Ausdruck bringen (z. B. „wie zum Beispiel”), im vorliegenden Text dient einzig und allein dem besseren Verständnis der Erfindung und schränkt den Schutzumfang der Erfindung nicht ein, sofern nicht etwas anderes angegeben ist. Keine Formulierung in der Spezifikation darf so ausgelegt werden, als werde ein nicht-beanspruchtes Element als wesentlich für die Praktizierung der Erfindung dargestellt.
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Im vorliegenden Text werden bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben, einschließlich der besten den Erfindern bekannten Art der Ausführung der Erfindung. Varianten jener bevorzugten Ausführungsformen können dem Durchschnittsfachmann beim Lesen der obigen Beschreibung einfallen. Die Erfinder gehen davon aus, dass qualifizierte Fachleute solche Varianten in einer zweckmäßigen Weise realisieren, und die Erfinder ziehen in Betracht, dass die Erfindung auch in anderer Form praktiziert werden kann, als es ausdrücklich im vorliegenden Text beschrieben ist. Dementsprechend enthält diese Erfindung im rechtlich zulässigen Umfang alle Modifikationen und Äquivalente des Themengegenstandes, der in den dem vorliegenden Text beiliegenden Ansprüchen definiert ist. Darüber hinaus wird jede beliebige Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen durch die Erfindung erfasst, sofern im vorliegenden Text nicht etwas anders angegeben ist oder sofern der Kontext einer solchen Auslegung nicht eindeutig entgegensteht.
