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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf hydraulische
Steuersysteme und insbesondere auf ein komplett hydraulisches Positionssteuersystem
zum Steuern von Höhenflossentrimmungssteuerflächen zur
Verwendung in einem Starrflügler.
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Höhenflossensteuerflächen eines
Starrflüglers
erfordern typischerweise das Trimmen der Position durch den Piloten,
um auf bestimmte Flugbedingungen des Flugzeuges wie zum Beispiel
Start, während
des Fluges und Landung zu reagieren. Verschiedene Mittel zum Bewerkstelligen
der Höhenflossentrimmungsflächensteuerung
wurden bei einer Vielfalt von Starrflüglern benutzt, wie zum Beispiel
elektromechanische, elektrohydraulische und mechanische Trimmungssteuersysteme.
Das Justieren der Winkelposition der Höhenflossentrimmungssteuerfläche ist
bei der Höhenverstellung
des Flugzeuges behilflich.
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Bei
einer Art von Starrflügler
kann die Bewegung der Höhenflosse,
die sich angrenzend an die Seitenflosse befindet und gelenkig am
hinteren Holm befestigt ist, um eine Trimmungsbewegung der Vorderkante nach
oben und nach unten zu ermöglichen,
durch ein elektrisches Trimmungssteuersystem bereitgestellt werden.
Mittel zum Anzeigen des Ausschlags/der Position der Höhenflosse
in Grad können
auch eingeschlossen sein. Die üblichen
Modi des elektrischen Trimmungssteuerbetriebs sind die Autopilot-Trimmung
und die manuelle elektrische Trimmung. Die Autopilot-Trimmung erlaubt
die automatische Trimmung der Höhenflossen bei
eingeschaltetem Autopilot-System. Die manuelle elektrische Trimmung
stellt eine Steuerung der Höhenflossentrimmung
durch den Piloten mittels einem Führersitz-Trimmungskippschalter auf dem Steuerrad
bereit. Die Betätigung
des Schalters schaltet das automatische Flugsteuersystem aus und
erlaubt es dem Piloten, die Winkelposition der Höhenflossentrimmungssteuerfläche manuell
zu justieren. In diesem Fall wird durch das Stellen des Kippschalters
des Piloten in die Bug-nach-oben-Position in der Regel ein Bug-nach-oben-Relais erregt
und das Trimmungsstellglied wird (über die Stellgliedsteuereinheit)
in die gewünschte Bug-nach-oben-Position
getrieben. Die Bug-nach-unten-Trimmung wird auf ähnliche Weise unter Verwendung eines
Bug-nach-unten-Relais erreicht. Das Trimmungsstellglied umfasst
im Allgemeinen einen Elektromotor, eine Bremse, eine Kupplung, ein
Untersetzungsgetriebe, eine mechanische Eingangswelle, Endschalter
und einen Positionsgeber. Der Elektromotor treibt das Untersetzungsgetriebe über die
Kupplung. Wenn der Motor angeschaltet wird, löst die Bremse die Motorwelle.
Die mechanische Eingangswelle stellt ein Mittel zum Betreiben des
Stellgliedräderzugs
von einer externen Quelle bereit. Der Positionsgeber (z. B. Kompensator)
stellt Positionsinformationen an die Stellgliedsteuereinheit bereit,
die das Signal verstärkt
und dasselbe an das Höhenflossentrimmungspositionsanzeigegerät im Führersitz überträgt.
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Elektrohydraulische
Trimmungssteuersysteme können
Zeitleistungs- oder Dauerbetriebsysteme, bei denen auf das an der
Steuerfläche
befestigte Trimmungsstellglied immer ein bestimmter Hydraulikfluiddruck angewendet
wird, sein. Positionelle Veränderungen
der Steuerflächen
werden vorgenommen, indem das auf das zugehörige Stellglied angewandte
Druckdifferential geändert
wird. Viele dieser Steuersysteme umfassen eine Art von Rückkopplungsanordnung,
um eine Präzisionssteuerung
der Flächenpositionen
zu ermöglichen.
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Ein
Trimmungssteuersystem dieser Art wird zum Beispiel in US-A-4 840 031
an Hribar gezeigt, das von einem Steuersystem für ein Stellglied handelt, das
verwendet wird, um eine Steuerfläche
eines Flugzeuges wie zum Beispiel eine Höhenflosse zu positionieren.
Das Steuersystem umfasst eine Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid,
eine Drucksteuerung zum Festlegen eines vorgegebenen Druckniveaus,
welches im Wesentlichen einem halben Quelldruck entspricht, ein
sperrendes Ventil und ein Wegeventil zum Steuern der Anwendung des
Fluiddrucks auf das Stellglied. Im Leerlauf liefert das sperrende
Ventil im Wesentlichen gleiche Steuerdrucke an das Stellglied, so
dass das Steuersystem im Wesentlichen unter einem halben Quelldruck
unter Druck stehen bleibt. Wenn das Stellglied erregt wird, bestimmt
das Wegeventil die Richtung der Betätigung und das sperrende Ventil
steuert die Fluiddurchflussgeschwindigkeit zu dem Stellglied hin
und von ihm weg, um unabhängig
von der Last eine konstante Betätigungsgeschwindigkeit
aufrechtzuerhalten. Ein Servomechanismus überwacht den Rücklaufdurchfluss
entlang einer Mündung
und justiert die Position eines sperrenden Ventilelements, um sowohl
die Eingangs- als auch die Rücklauffluiddurchflüsse zu dem
Stellglied als Funktion der Rücklauffluiddurchflussgeschwindigkeit
zu drosseln.
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Die
oben beschriebenen Trimmungssteuersysteme sind recht komplexe Systeme,
die üblicherweise Leistung
auf Kosten der Zuverlässigkeit
bereitstellen. Die Zuverlässigkeit
von Steuersystemen dieser Art und insbesondere von Höhenflossentrimmungssteuersystemen
ist seit einiger Zeit ein zunehmend wichtiges Thema für Flugzeughersteller
und ebenso für
Piloten. Insbesondere ist es in jüngster Zeit in einer besorgniserregenden
Häufigkeit
zu Versagen und/oder Teilversagen von Höhenflossentrimmungssteuersystemen
gekommen.
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US-A-3
766 790 an Weir offenbart ein lineares Kugelrollspindelstellglied
zum Bewegen zweier Komponenten mit Bezug zueinander, die eine strukturelle
Redundanz aufweisen. Das Stellglied ist so konfiguriert, dass im
Falle eines Komponentenversagens der sichere Betrieb in einem Flugzeug,
in dem es eingesetzt ist, aufrechterhalten bleibt.
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Folglich
besteht Bedarf an einem zuverlässigen,
vorzugsweise komplett hydraulischen Höhenflossentrimmungssteuersystem,
das bei einer Vielfalt von Starrflüglern benutzt werden kann.
Ein Steuersystem dieser Sorte kann einen primären Hydraulikmotor, einen Reserve-Elektromotor,
Hydroventile und einen Räderzug zum
proportionellen Justieren der Winkelposition der Höhenflossensteuerflächen und
zum Koppeln der beiden Motoren umfassen. Eines der Ventile kann
ein Kolbenschiebergeschwindigkeitssteuerventil zum proportionellen
Steuern der Durchflussgeschwindigkeit zu den Hydraulikmotoröffnungen
auf der Basis der tatsächlichen Steuerflächenposition
sein. Eine proportionelle Durchflussgeschwindigkeitssteuerung kann
durch mechanische Rückkopplungsmittel
in Form einer Verknüpfung
zwischen der Höhenflossensteuerfläche und
der Spule des Geschwindigkeitssteuerventils erreicht werden. Bei
Versagen der mechanischen Rückkopplung
würde die Geschwindigkeitssteuerventilspule
automatisch neu positioniert werden, um eine vorgegebene hydraulische Standarddurchflussgeschwindigkeit
zu den Motoröffnungen
des Hydraulikmotors zu erlauben. Ein komplett hydraulisches Höhenflossentrimmungssteuersystem
dieser Art stellt eine durchführbare
Lösung
für die
oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik bereit.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Positionssteuersystem
zum Steuern von Höhenflossentrimmungssteuerflächen zur
Verwendung durch einen Piloten in Flugzeugen wie in Anspruch 1 dargelegt.
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Das
Trimmungssteuergerät
umfasst eine Vielzahl von hydraulischen Kolbenschieberventilen,
wobei jedes der hydraulischen Kolbenschieberventile eine Vielzahl
von Einlass- und Auslassöffnungen
für fließendes unter
Druck stehendes Hydraulikfluid aufweist. Die Vielzahl von hydraulischen
Kolbenschieberventilen umfasst ein Geschwindigkeitssteuerventil,
ein hydraulisch an das Geschwindigkeitssteuerventil gekoppeltes
Wegeventil, ein hydraulisch an das Wegeventil gekoppeltes Sperr-Sicherheitsventil
und ein hydraulisch an das Sperr-Sicherheitsventil gekoppeltes Sperrventil,
wobei das Geschwindigkeitssteuerventil betriebsbereit an Zu- und Rücklaufleitungen
des Hydrauliksystems an Bord eines Flugzeuges gekoppelt ist.
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Ein
Mittel zum Treiben des Wegeventils ist bereitgestellt. Das Mittel
zum Treiben des Wegeventils umfasst ein betriebsbereit mit einem
Ende des Wegeventils gekoppeltes erstes Elektroventil und ein betriebsbereit
mit einem anderen Ende des Wegeventils gekoppeltes zweites Elektroventil,
wobei das erste und das zweite Elektroventil durch den Piloten betätigt werden.
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Ein
Mittel zum Betätigen
des ersten Elektroventils und des zweiten Elektroventils durch den
Piloten ist ebenfalls bereitgestellt. Das Betätigungsmittel umfasst einen
Trimmungskippschalter zum selektiven Betätigen des ersten Elektroventils
und des zweiten Elektroventils durch den Piloten über eine
Pilotenschnittstelle, die betriebsbereit zwischen dem Trimmungskippschalter
und dem ersten und zweiten Elektroventil gekoppelt ist, wobei der
Trimmungskippschalter und die Pilotenschnittstelle durch eine Stromquelle
an Bord des Flugzeugs angetrieben werden.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Trimmungsstellglied
mindestens einen Motor mit einer Motorwelle, einen durch die Motorwelle
getriebenen ersten Räderzug
und ein Mittel zum Justieren der Winkelposition der Höhenflossentrimmungssteuerfläche auf Befehl
des Piloten. Das Mittel zum Justieren der Winkelposition umfasst
eine betriebsbereit zwischen der Höhenflossentrimmungssteuerfläche und
dem ersten Räderzug
gekoppelte Endwelle, wobei die Endwelle von dem ersten Räderzug getrieben
wird, wobei die getriebene Endwelle lineare Verschiebung aufweist,
wobei die lineare Verschiebung die Winkelposition der Höhenflossentrimmungssteuerfläche auf
Befehl des Piloten justiert.
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Der
Motor kann ein Hydraulikmotor sein, der eine erste Motoröffnung und
eine zweite Motoröffnung aufweist,
wobei die erste und die zweite Motoröffnung hydraulisch mit einigen
der Öffnungen
des Sperrventils gekoppelt sind, wobei das Sperrventil den Durchfluss
von unter Druck stehendem Hydraulikfluid zu der ersten und der zweiten
Motoröffnung
steuert. Der erste Räderzug
beinhaltet ein Ritzel, das von der Motorwelle des Hydraulikmotors
getrieben wird, ein Stirnrad, das von dem Ritzel getrieben wird,
und einen ersten Schneckenradsatz, der von dem Stirnrad getrieben
wird.
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Der
erste Schneckenradsatz beinhaltet eine Schnecke, die von dem Stirnrad
getrieben wird, und ein Schneckenrad, das von der Schnecke getrieben
wird, wobei die Endwelle durch das Schneckenrad getrieben wird,
wobei die lineare Verschiebung der Endwelle daher rührt, dass
das Schneckenrad die Endwelle treibt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Mittel bereitgestellt,
das dem Geschwindigkeitssteuerventil eine Rückkopplung bezüglich der
Winkelposition der Höhenflossentrimmungssteuerfläche bereitstellt.
Das Geschwindigkeitssteuerventilrückkopplungsmittel umfasst einen
zweiten Räderzug, der
von dem ersten Räderzug
getrieben wird und betriebsbereit an eine Rückkopplungswelle gekoppelt
ist, wobei die Rückkopplungswelle
zum linearen Verschieben der Spule des Geschwindigkeitssteuerventils
innerhalb der Muffe des Geschwindigkeitssteuerventils im Wesentlichen
proportional zu der linearen Verschiebung der Endwelle an die Spule
des Geschwindigkeitssteuerventils gekoppelt ist.
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Der
zweite Räderzug
beinhaltet einen Kegelradsatz, der von dem ersten Räderzug getrieben
wird, und einen zweiten Schneckenradsatz, der von dem Kegelradsatz
getrieben wird, wobei die Rückkopplungswelle von
dem zweiten Schneckenradsatz getrieben wird. Der Kegelradsatz beinhaltet
ein erstes Kegelrad, das von dem Schneckenrad getrieben wird, und
ein zweites Kegelrad, das von dem ersten Kegelrad getrieben wird. Der
zweite Schneckenradsatz beinhaltet eine zweite Schnecke, die von
dem zweiten Kegelrad getrieben wird, und ein Schneckenradsegment,
das betriebsbereit zwischen der zweiten Schnecke und der Rückkopplungswelle
gekoppelt ist, um die Rückkopplungswelle
im Wesentlichen proportional zu der linearen Verschiebung der Endwelle
zu treiben.
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Gemäß noch einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Mittel zum Steuern
der Durchflussgeschwindigkeit von unter Druck stehendem Hydraulikfluid
zu der ersten und der zweiten Motoröffnung des Hydraulikmotors
bereitgestellt. Das Durchflussgeschwindigkeitsteuermittel umfasst
eine Rille auf der Spule des Geschwindigkeitssteuerventils zum Durchlassen
von ausfließendem,
unter Druck stehendem Hydraulikfluid von der Spule und mindestens
einen Auslassdurchflussschlitz auf der Muffe des Geschwindigkeitssteuerventils
zum Aufnehmen des ausfließenden,
unter Druck stehenden Hydraulikfluids von der Spulenrille, wobei der
mindestens eine Muffenauslassdurchflusschlitz einen variierbaren
Auslassbereich des unter Druck stehenden Hydraulikfluids zum Variieren
der Durchflussgeschwindigkeit des unter Druck stehenden Hydrauikfluids
zu der ersten und der zweiten Motoröffnung des Hydraulikmotors
im Wesentlichen proportional zu der Winkelverschiebungsgeschwindigkeit
der Höhenflossentrimmungssteuerfläche bereitstellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Mittel bereitgestellt, das dem Sperrventil eine
Rückkopplung bezüglich der
Winkelposition der Höhenflossentrimmungssteuerfläche bereitstellt.
Das Sperrventilrückkopplungsmittel
umfasst den zweiten Räderzug,
der von dem ersten Räderzug
getrieben wird und betriebsbereit an die Rückkopplungswelle gekoppelt
ist, wobei die Rückkopplungswelle
zum linearen Verschieben der Spule des Sperrventils innerhalb der
Muffe des Sperrventils im Wesentlichen proportional zu der linearen
Verschiebung der Endwelle an die Spule des Sperrventils gekoppelt
ist.
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Gemäß einem
andersartigen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Mittel
zum Bereitstellen einer Rückkopplung
bezüglich
der Winkelposition der Höhenflossentrimmungssteuerfläche an den
Piloten einen Höhenflossentrimmungssteuerflächenpositionssensor,
der betriebsbereit an die Spule des Sperrventils gekoppelt ist,
wobei der Höhenflossentrimmungssteuerflächenpositionssensor
durch eine Stromquelle an Bord des Flugzeugs angetrieben wird.
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Gemäß einem
weiteren andersartigen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein
Reserve-Elektromotor zur Verwendung bei Verlust des Zustromdrucks
des Hydrauliksystems eingeschlossen sein, wobei die Pilotenschnittstelle
den Reserve-Elektromotor bei Verlust des Zustromdrucks des Hydrauliksystems
automatisch betätigt,
wobei der Reserve-Elektromotor durch eine Stromquelle an Bord des
Flugzeugs angetrieben wird. In diesem Fall würde der erste Räderzug ein
Ritzel umfassen, das von der Motorwelle des Reserve-Elektromotors
getrieben wird, ein Stirnrad, das von dem Ritzel getrieben wird,
wobei der erste Schneckenradsatz von dem Stirnrad getrieben wird.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun beispielhaft, detailliert und unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Höhenflossentrimmungssteuersystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
Perspektivansicht der wichtigsten hydraulischen Komponenten des
Höhenflossentrimmungssteuersystems
aus 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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3 eine
schematische Darstellung eines komplett hydraulischen Höhenflossentrimmungssteuersystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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4 eine
Perspektivansicht eines Geschwindigkeitssteuerventils, das in dem
komplett hydraulischen Höhenflossentrimmungssteuersystem
aus 3 gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, ist;
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5 eine
teilweise Ausschnittsansicht des Geschwindigkeitssteuerventils aus 4 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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6 ein
Funktionsgraph ist, der eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt; und
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7 eine
schematische Funktionsdarstellung einer der Komponenten des Höhenflossentrimmungssteuersystems
aus 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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Im
Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen der 1–7 detailliert
beschrieben. Zusätzliche
Ausführungsformen,
Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung ersichtlich oder können
aus der praktischen Anwendung der Erfindung hervorgehen.
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Die
folgende Beschreibung umfasst den gegenwärtig als am bestem betrachteten
Modus zum Ausführen
der Erfindung. Diese Beschreibung erfolgt nicht auf einschränkende Weise,
sondern ist lediglich zum Zweck der Beschreibung der grundlegenden
Prinzipien der Erfindung gedacht.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst ein Steuersystem, das ausschließlich hydraulische
Kraft benutzt, um die Winkelposition einer Höhenflossentrimmungssteuerfläche eines
Starrflüglers
zu steuern und weist mit Ausnahme eines standardmäßigen durch
den Piloten/Kopiloten ausgelösten
federzentrierten 3-Positions-Trimmungskippschalters, der elektrisch
mit einer herkömmlichen
elektrischen logischen Pilotenschnittstelle verbunden ist, keine
elektrischen Steuergeräte
auf. Der Trimmungskippschalter steuert zwei standardmäßige 3-Wege-,
2-Positionen-Elektroventile,
die den Betrieb eines Wegeventils über die Pilotenschnittstelle
steuern. Das Steuersystem ist zu einer proportional unendlichen
Positionssteuerung der Höhenflossentrimmungssteuerfläche in der
Lage und umfasst im Allgemeinen einen Hydraulikmotor, ein Geschwindigkeitssteuerventil, ein
Wegeventil, ein Sperr-Sicherheitsventil, ein Sperrventil, einen
Positionssensor und einen Radsatz, der eine Acme-Gewinde-Endwelle, die an der Höhenflossentrimmungssteuerfläche zum
Heben oder Senken derselben auf Befehl des Piloten/Kopiloten befestigt
ist, treibt. Das Steuersystem umfasst ein Höhenflossentrimmungssteuerflächenpositionsrückkopplungsmittel
zum Variieren der Winkelverschiebungsgeschwindigkeit der Höhenflossentrimmungssteuerfläche als
Funktion der Winkelposition, wobei die Höhenflossentrimmungssteuerfläche an vorgegebenen
maximalen Nach-Oben-
und maximalen Nach-Unten-Positionen automatisch stoppt. Bei Versagen
der Hydraulik oder Signalverlust an die Elektroventile kehrt das
Steuersystem automatisch in eine ausgeglichene Hydraulikbedingung
zurück,
die es einem eingebauten Reserve-Elektromotor (über den Radsatz an den Hydraulikmotor
gekoppelt) erlaubt, einzuspringen und die Winkelposition der Höhenflossentrimmungssteuerfläche elektrisch
zu steuern. In einem solchen Fall ist die elektrische Logik auf
der Pilotenschnittstelle so eingestellt, dass sie das Signal des
Trimmungskippschalters automatisch von den Elektroventilen zu dem
Reserve-Elektromotor umleitet. Wenn das Höhenflossentrimmungssteuerflächenpositionsrückkopplungsmittel
ausfällt,
kehrt das Steuersystem automatisch zu einer vorgegebenen fixierten
(Standard-)Höhenflossentrimmungssteuerflächenwinkelverschiebungsgeschwindigk
eit zurück.
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Nun
wird unter genauerer Bezugnahme auf 1 ein Steuersystem,
das allgemein mit der Referenzziffer 2 gekennzeichnet ist,
für die
Verwendung gemäß den allgemeinen
Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Steuersystem 2 beinhaltet
ein Höhenflossentrimmungssteuergerät 4,
das ein Höhenflossentrimmungsstellglied 6 treibt,
das die Winkelposition einer Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 in
Erwiderung auf einen Befehl eines Flugzeugpiloten 10 über einen
standardmäßigen Trimmungskippschalter 11 mit
3 Positionen (nach oben, neutral, nach unten) (siehe auch 7)
und eine herkömmliche
elektrische logische Pilotenschnittstelle 12 variiert.
Die Pilotenschnittstelle 12 ist elektrisch zwischen dem
Trimmungskippschalter 11 und dem Höhenflossentrimmungssteuergerät 4 geschaltet,
d. h. gemäß den allgemeinen
Prinzipien der vorliegenden Erfindung empfängt sie von dem Trimmungskippschalter 11 elektrischen
Eingang und gibt entsprechende elektrische Signale an das Höhenflossentrimmungssteuergerät 4 aus.
Die Pilotenschnittstelle 12 und der Trimmungskippschalter 11 werden
durch eine Stromquelle an Bord des Flugzeugs angetrieben.
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Der
Pilot 10 empfängt
von einem Höhenflossentrimmungssteuerflächenpositionssensor 14 eine
Rückkopplung
bezüglich
der Winkelposition der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8.
Der Höhenflossentrimmungssteuerflächenpositionssensor 14 kann
ein standardmäßiger linear
verstellbarer Differentialtransformator (LVDT), ein Resolver, ein
drehbar verstellbarer Differentialtransformator(RVDT)-Positionssensor
oder dergleichen sein. Der Pilot 10 empfängt ebenfalls
eine Rückkopplung
von der Flugzeugdynamik 16, d. h. eine Veränderung
der Position der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 ändert normalerweise
die Flugzeugdynamik 16, was umgehend durch den Piloten 10 wahrgenommen
werden kann.
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Wie
in den 2 und 3 dargestellt, umfasst das Höhenflossentrimmungsstellglied 6 vorzugsweise
einen herkömmlichen
kolbenartigen Schrägachsen-Hydraulikkonstantmotor 20,
der von unter Druck stehendem Hydraulikfluid, das von einer Zulaufleitung
des Hydrauliksystems an Bord des Flugzeuges durch eine Reihe von
Hydroventilen geliefert wird, getrieben wird. Der Hydraulikmotor 20 weist
eine Motorwelle 21 und zwei Motoröffnungen – die „Nach-Oben"-Motoröffnung 81 (3)
und die „Nach-Unten"-Motoröffnung 82 (3)
auf. Der Hydraulikmotor 20 ist über vier Bolzen 20a, 20b, 20c (der
vierte Bolzen ist nicht gezeigt) auf einer Flugzeugstrukturfläche (nicht
gezeigt) montiert. Das unter Druck stehende Hydraulikfluid fließt in eine Motoröffnung (81 oder 82)
hinein und aus der anderen Motoröffnung
(82 oder 81) heraus, je nach dem, ob ein „Nach-Oben"- oder „Nach-Unten"-Befehl von dem Piloten 10 empfangen
wurde. Es fließt
kein unter Druck stehendes Hydraulikfluid durch die Motoröffnungen 81, 82,
wenn ein „Stopp"-Befehl von dem Piloten 10 empfangen
wurde, und bei vorgegebenen „maximal
Nach-Oben"- und „maximal
Nach-Unten"-Positionen der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8.
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Das
Höhenflossentrimmungsstellglied 6 umfasst
ebenfalls einen Reserve-Elektromotor 22 (2), der über einen
ersten Räderzug 24 wie
in 2 gezeigt an den Hydraulikmotor 20 gekoppelt
ist und durch eine Stromquelle an Bord des Flugzeugs angetrieben
wird. Dem Druckverlust des hydraulischen Systems folgend, werden
die Motoröffnungen 89 und 82 mit
dem Systemrücklauf
zusammengeschaltet, so dass der Reserve-Elektromotor 22 den Steuerbetrieb übernehmen
kann. In einem solchen Fall treibt der Elektromotor 22 den Hydraulikmotor 20 gemäß den allgemeinen
Prinzipien der vorliegenden Erfindung gegen (backdrive). Jeder Motor
(20, 22) wird über
den 3-Positionen-Trimmungskippschalter 11 und die Pilotenschnittstelle 12 von
dem Piloten 10 gesteuert, wobei die elektrische Logik auf
der herkömmlichen
Pilotenschnittstelle 12 einem allgemeinen Hydraulikversagen
folgend das Pilotensteuersignal automatisch auf Reserve-Elektromotor 22 schaltet. In
einem solchen Fall steuert der Pilot 10 die Position der
Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 elektrisch
und es können Überschreitungstopper
bereitgestellt werden, um die Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 an
maximalen Nach-Oben- und
Nach-Unten-Positionen zu stoppen, da die hydraulische maximale Nach-Oben-
und Nach-Unten-Positionssteuerung nicht funktionieren würde.
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Eine
weitere Komponente des Höhenflossentrimmungsstellglieds 6 ist
der erste Räderzug 24,
der ein Ritzel 26, das von der Motorwelle 21 des
Hydraulikmotors 20 getrieben wird, ein Stirnrad 28,
das von dem Ritzel 26 getrieben wird, und einen Schneckenradsatz 30 mit
doppeltem Lastweg (dual load path) beinhaltet. Der Schneckenradsatz 30 umfasst
eine Schnecke 32, die von einem Stirnrad 28 auf
eine winkelförmige
Weise wie durch Pfeil 97 in 2 gezeigt
getrieben wird, und ein Schneckenrad 34, das von der Schnecke 32 auf
eine winkelförmige
Weise wie durch Pfeil 99 in 2 gezeigt
getrieben wird. Der Schneckenradsatz 30 überträgt die Leistungsabgabe
des Motors mechanisch an eine Acme-Gewinde-Endwelle 90 (2),
die noch eine weitere Komponente des Höhenflossentrimmungsstellglieds 6 ist.
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Die
Acme-Gewinde-Endwelle 90 ist über einen Vorsprung 91,
einen Sicherungsstift oder -bolzen 92 entfernbar an der
Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 befestigt,
und ist durch einen passenden Höhenflossentrimmungssteuerflächen-Gabelkopf 93 (2)
gegengedreht. Die Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 ist
an einem strukturellen Höhenflossen-Flugzeug-Drehgelenk 94 (2)
drehbar gelagert und wird wie durch Pfeil 95 in 2 gezeigt
auf begrenzte winkelförmige
Weise durch die Antriebsseite der Acme-Gewinde-Welle 90,
das sich wie durch Pfeil 96 in 2 gezeigt
auf lineare Weise vor- oder zurückbewegt,
nach oben oder nach unten bewegt. Gemäß den allgemeinen Prinzipien
der vorliegenden Erfindung sind an jedem Ende der Acme-Gewinde-Endwelle 90 keine
physischen Stopper zum Begrenzen ihrer linearen Bewegung (2)
bereitgestellt (oder erforderlich), wenn die Position der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 hydraulisch
gesteuert wird. Wie bereits zuvor kurz erwähnt, müssen jedoch, wenn der Reserve-Elektromotor 22 in
Betrieb ist, physische Stopper auf der Welle 90 bereitgestellt
werden (nicht gezeigt), um „maximale
Nach-Oben"- und „maximale
Nach-Unten"-Positionen
der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 zu
ermöglichen.
Der erste Räderzug 24 umfasst
ebenfalls ein Ritzel 36, das von der Motorwelle 38 des
Reserve-Elektromotors 22 getrieben wird, und ein Stirnrad 40,
das von dem Ritzel 36 getrieben wird. Das Stirnrad 40 treibt
die Welle 32 auf eine winkelförmige Weise wie durch Pfeil 98 in 2 gezeigt.
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Die
Kombination aus Acme-Gewinde-Endwelle 90 und Schneckenradsatz 30 stellt
die notwendige Irreversibilität
der Höhenflossentrimmungssteuerfläche unter
Last- und Vibrationsbedingungen während des Betriebs bereit,
die gemäß den allgemeinen
Prinzipien der vorliegenden Erfindung verhindern, dass externe Lasten
den Hydraulikmotor 20 oder den Elektromotor 22 weder
in die eine noch in die andere Richtung gegentreiben.
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Wie
in 3 gezeigt, umfasst das Höhenflossentrimmungssteuergerät 4 ein
Kolbenschieber-Durchflussgeschwindigkeitssteuerventil 18 mit
unendlichen Positionen, das die hydraulische Durchflussgeschwindigkeit
zu den Motoröffnungen 81, 82 steuert.
Das Geschwindigkeitssteuerventil 18 weist eine Einlassöffnung 42 zum
Empfangen des unter Druck stehenden Hydraulikfluids von einer Zulaufleitung
(nicht gezeigt) des hydraulischen Systems, Rücklauföffnungen 41, 43 und
eine Auslassöffnung 44 auf.
Der Betrieb jeder Öffnung
wird untenstehend detailliert in Tabellenform beschrieben.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und wie ferner in den 4–5 gezeigt,
beinhaltet das Geschwindigkeitssteuerventil 18 eine Spule 100,
die linear in einer Muffe 102 gleitet, und eine vorgespannte
Feder 104, die auf herkömmliche
Weise an der Spule 100 befestigt ist. Die Spule 100 umfasst
vorzugsweise drei im Allgemeinen verlängerte innere nicht überschneidende
Durchflussdurchgänge 106, 108 (der
dritte Durchflussdurchgang ist nicht gezeigt), die im Abstand von
etwa 120° wie
in 5 gezeigt zum Empfangen von einfließendem unter
Druck stehenden Hydraulikfluid angeordnet sind. Die Spule 100 umfasst
ebenfalls vorzugsweise eine im Allgemeinen ringförmige Rille 912, die
wie in 5 gezeigt eine Breite A zum Aufnehmen von ausfließendem (wie
zum Beispiel aus den inneren Durchflussdurchgängen 106, 108)
unter Druck stehendem Hydraulikfluid aufweist.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und wie in 4 gezeigt,
ist die Muffe 102 mit einem Paar Auslassdurchflussschlitzen 114, 116 im
Allgemeinen in Form einer stehenden Flasche bereitgestellt, die
in einem Abstand von etwa 180° zum
Aufnehmen von ausfließendem
unter Druck stehendem Hydraulikfluid (wie zum Beispiel aus den inneren
Durchgängen 106, 108)
angeordnet sind. Die Muffe 102 ist ebenfalls mit vier Einlassschlitzen 118, 120 (der
dritte und der vierte Einlassschlitz sind nicht gezeigt) bereitgestellt,
die im Abstand von etwa 90° (4, 5)
zum Aufnehmen von einfließendem
unter Druck stehendem Hydraulikfluid aus der Zulaufleitung des hydraulischen
Systems zu der Einlassöffnung 42 (3)
angeordnet sind.
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Gemäß dem besten
Modus zum Praktizieren der vorliegenden Erfindung ist ein Ende der
Spule 100 an einer Rückkopplungswelle 126 (2, 3)
befestigt, die von einem zweiten Räderzug, der einen Schneckenradsatz 128 umfasst,
der von einem wie in 2 gezeigten Kegelradsatz 130 getrieben
wird. Die Befestigung zwischen der Spule 100 und der Rückkopplungswelle 126 kann
auf mehrere Möglichkeiten
bewerkstelligt werden, vorausgesetzt, dass die Kopplungskonfiguration
es der Spule 100 ermöglicht,
ohne Bindung betrieben zu werden. Gemäß den allgemeinen Prinzipien
der vorliegenden Erfindung ist an jedem Ende der Rückkopplungswelle 126 eine
lineare Fluiddichtung für
Lastausgleich, Kolbenschieberüberdeckungsleckageeindämmung und
minimale Betriebsreibung erforderlich.
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Der
Schneckenradsatz 128 umfasst eine Schnecke 127,
die an einem Schneckenradsegment 129 befestigt ist, das
wiederum an einem Ende der Rückkopplungswelle 126 wie
in 2 gezeigt befestigt (z. B. verkeilt) ist. Andere
Möglichkeiten
des Befestigens eines Endes der Rückkopplungswelle 126 an
das Schneckenradsegment 129 können benutzt werden, vorausgesetzt,
dass solche Arten der Befestigung nicht von dem beabsichtigten Zweck
der vorliegenden Erfindung abweichen. Alternativ können das
Schneckenradsegment 129 und die Rückkopplungswelle 126 eine
integrale Einheit sein, die in der Lage ist, gemäß den allgemeinen Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zu arbeiten.
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Der
Kegelradsatz 130 umfasst die Kegelräder 131, 133 wie
in 2 gezeigt. Das Kegelrad 131 wird von
einem Schneckenrad 34 getrieben, und das (vertikale) Kegelrad 133 wird
von dem Kegelrad 131 (2) getrieben.
Das Kegelrad 133 treibt die Schnecke 127 auf eine
winkelförmige
Weise, wie durch Pfeil 39 in 2 gezeigt.
Die Schnecke 127 wiederum veranlasst das Schneckenradsegment 129,
die mechanische Rückkopplungswelle 126 entsprechend
auf eine winkelförmige
Weise wie durch die Pfeile 41 in 2 gezeigt
zu treiben. Da die Rückkopplungswelle 126 an
der Spule 100 des Geschwindigkeitssteuerventils 18 (2)
befestigt ist, wird die winkelförmige
Bewegung der Welle 126 gemäß linearer Bewegung auf die
Spule 100 wie durch Pfeil 45 in 2 gezeigt übermittelt,
wobei die Spule 100 linear in der Muffe 102 des
Ventils 18 gleitet (4 und 5).
Darüber
hinaus veranlasst das Schneckenrad 34, da es sich auf eine
winkelförmige
Weise bewegt – Pfeil 99 in 2 – (wobei
es davon abgehalten wird, sich entlang der Mittellinie der Acme-Gewinde-Endwelle 90 zu
bewegen), dass sich die Acme-Gewinde-Endwelle 90 linear
nach oben und nach unten bewegt (lineare Verschiebung), was in einer
Veränderung
der Winkelposition der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 resultiert
(2). Auf diese Weise wird eine direkte mechanische
Rückkopplung
von der Acme-Gewinde-Endwelle 90 zu der Spule 100 des
Hydraulikgeschwindigkeitssteuerventils 18 erreicht, wobei
die lineare Verschiebung der Endwelle 90 vorzugsweise proportional
zu der resultierenden linearen Verschiebung der Spule 100 innerhalb
der Muffe 102 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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Zum
Beispiel kann die letzte Stufe des Schneckenradsegments 129 eine
Bewegung um etwa 45° bis 60° bereitstellen,
die ungefähr
dem gesamten linearen Hub der Acme-Gewinde-Endwelle entsprechen
würde. Die
Kombination aus Schneckenradsatz 128 und Kegelradsatz 130 ist
ausgewählt,
um die notwendige Räderuntersetzung
bereitzustellen, um die oben erwähnte
Proportionalität
zu ereichen. Während
die Acme-Gewinde-Endwelle 90 sich
linear nach oben und nach unten vorbewegt (Pfeil 96 in 2)
und dabei die Winkelposition der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 auf
Befehl des Piloten justiert, wird die Spule 100 durch die Rückkopplungswelle 126 dazu
gebracht, entsprechend linear in der Muffe 102 zu gleiten
(4 und 5). Die entsprechende lineare
Bewegung der Spule 100 in der Muffe 102 variiert
die Anordnung der Spulenausflussrille 112 relativ zu den
Muffenauslassdurchflussschlitzen 114, 116 (4, 5),
wodurch effektiv ein variabler exponierter Ausflussbereich, wie
zum Beispiel in der auseinandergezogenen Perspektivansicht 400 des flaschenförmigen Muffenauslassdurchflussschlitz 114 (4)
gezeigt, bereitgestellt wird. Ein variabler exponierter Ausflussbereich
lässt sich
in eine variable Durchflussgeschwindigkeit zu der Motoröffnung 81 oder
zu der Motoröffnung 82 des
Hydraulikmotors 20 übersetzen,
wobei die Durchflussgeschwindigkeit proportional zu der Winkelverschiebungsgeschwindigkeit
der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 ist.
Die funktionale Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des Höhenflossentrimmungsstellglieds
(lineare Verschiebung der Acme-Gewinde-Endwelle 90 im Zeitverlauf – Inch/Sek.,
die der winkelförmigen
Verschiebung der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 im
Zeitverlauf – Grad/Sek.
entspricht) und der Position des Höhenflossentrimmungsstellglieds (lineare
Verschiebung der Acme-Gewinde-Endwelle 90 – Inch)
ist in 6 für
den Muffenauslassdurchflussschlitz 114 mit der Form einer
im Allgemeinen stehenden „Flasche" graphisch gezeigt.
In diesem Fall entspricht eine minimale Stellgliedposition einer
maximalen Stellgliedgeschwindigkeit und eine maximale Stellgliedsposition
entspricht einer minimalen Stellgliedgeschwindigkeit. Anders gesagt
bewegt sich die Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 relativ
langsam aus der „maximalen
Nach-Oben"-Position
weg, wenn die Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 sich
in der „maximalen
Nach-Oben"-Position befindet
und der Pilot 10 für
die Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 eine
Nach-Unten-Bewegung befiehlt. Umgekehrt bewegt sich die Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 relativ
schnell aus der „maximalen
Nach-Unten"-Position
weg, wenn die Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 sich
in der „maximalen
Nach-Unten"-Position befindet
und der Pilot 10 für
die Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 eine
Nach-Oben-Bewegung befiehlt. Zu diesem Zweck sollte der Fachmann
verstehen, dass die Form des Muffenauslassdurchflussschlitzes 114 nicht
auf die oben beschriebene Form einer stehenden „Flasche" beschränkt ist, sondern je nach Bedarf
variiert werden kann, vorausgesetzt derartige Formvariationen weichen
nicht von dem beabsichtigten Zweck und Bereich der vorliegenden Erfindung
ab.
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Wenn
die mechanische Kopplung zwischen der Rückkopplungswelle 126 und
der Spule 100 des Geschwindigkeitssteuerventils 18 zerbricht
und vorausgesetzt, dass die Spule 100 sich nicht innerhalb
der Muffe 102 verhakt, positioniert sich die Spule 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgrund der Federwirkung von der vorgespannten Feder 104 automatisch
neu in einer vorgegebenen Standardposition. Die Standardposition würde vorzugsweise
eine minimale Durchflussgeschwindigkeit zu der Motoröffnung 81 oder
zu der Motoröffnung 82 des
Hydraulikmotors 20 bereitstellen, die sich wiederum in
eine fixierte minimale Standardwinkelverschiebungsgeschwindigkeit
der Höhenflossentrimmungssteuerfläche übersetzen
lässt.
Andere Standarddurchflussgeschwindigkeitsanordnungen können benutzt
werden, vorausgesetzt, dass derartige Durchflussgeschwindigkeitsanordnungen
nicht von dem beabsichtigten Bereich und Sinn der vorliegenden Erfindung
abweichen.
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Das
Höhenflossentrimmungssteuergerät 4 umfasst
ebenfalls ein Überdeckungspassungs-Kolbenschieber-Wegeventil 140 mit
4 Wegen und 3 Positionen, das hydraulisch an das Geschwindigkeitssteuerventil 18 gekoppelt
ist und durch ein Paar Elektroventile mit 3 Wegen und 2 Positionen,
d. h. das Nach-Oben-Elektroventil 150 und Nach-Unten-Elektroventil 152,
die herkömmlich
an jedem Ende des Wegeventils 140 montiert sind, betrieben
wird (3). Die Elektroventile werden über den elektrischen 3-Positionen-Trimmungskippschalter 11 (1, 7)
und die Pilotenschnittstelle 12 durch den Piloten 10 gesteuert.
Die elektrische Logik auf der Pilotenschnittstelle 12 empfängt von
dem Trimmungskippschalter 11 elektrischen Eingang und gibt
entsprechende elektrische Signale an die Elektroventile 150, 152 aus,
um dieselben je nach Befehl des Piloten zu erregen/entregen. Das
Nach-Oben-Elektroventil 150 weist
eine Einlassöffnung
P zum Empfangen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid, eine Steueröffnung C
zum Treiben der Spule des Wegeventils 140 und eine Rücklauföffnung R
zum Schließen
des hydraulischen Kreislaufs auf. Das Nach-Unten-Elektroventil 152 weist wiederum
eine Einlassöffnung
P' zum Empfangen
von unter Druck stehendem Hydraulikfluid, eine Steueröffnung C' zum Treiben der
Spule des Wegeventils 140 und eine Rücklauföffnung R' zum Vervollständigen des hydraulischen Kreislaufs
auf. Die Spule des Wegeventils 140 gleitet linear in der
Muffe des Wegeventils 140, wie durch Pfeil 153 in 3 gezeigt.
Das Wegeventil 140 weist neun Öffnungen 59, 51, 52, 53, 58, 57, 56, 55 und 54 auf
(3), wobei der Betrieb jeder Öffnung untenstehend detailliert
in Tabellenform beschrieben wird.
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Wenn
der Pilot 10 den Trimmungskippschalter 11 in die „Nach-Oben"-Position stellt (7), wird
das Nach-Oben-Solenoid 150 erregt und das Nach-Unten-Solenoid 152 wird
entregt, um die gewünschte
nach oben gerichtete winkelförmige
Verschiebung der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 zu
erreichen. Wenn der Pilot 10 umgekehrt den Trimmungskippschalter 11 in
die „Nach-Unten"-Position stellt
(7), wird das Nach-Oben-Solenoid 150 entregt
und das Nach- Unten-Solenoid 152 erregt,
um die gewünschte
nach unten gerichtete winkelförmige
Verschiebung der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 zu
erreichen. Wenn der Pilot 10 den Trimmungskippschalter 11 zurück in die „neutrale" Position stellt
(7), werden beide Elektroventile entregt, beide
Enden des Wegeventils 140 werden mit dem Rücklaufdruck
verbunden, wobei der Druck des Wegeventils 140 ausgeglichen
wird, die Spule des Wegeventils 140 kehrt mittels einer
ihrer Zentrierungsfedern in eine neutrale (mittige) Position zurück (3)
und die Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 stoppt
in der gewünschten
Position.
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Wie
ferner in 3 gezeigt, umfasst das Höhenflossentrimmungssteuergerät 4 ebenfalls
ein Sperr-Sicherheitsventil 160,
das hydraulisch an das Wegeventil 140 gekoppelt ist. Das
Sperr-Sicherheitsventil 160 ist ein hydraulisch gesteuertes
4-Wege-3-Positionen-Überdeckungspassungs-Kolbenschieberventil
mit zehn Öffnungen 61, 62, 63, 64, 65, 69, 68, 67, 66 und 70,
wobei der Betrieb jeder Öffnung
untenstehend detailliert in Tabellenform beschrieben wird. Die Spule
des Sperr-Sicherheitsventils 160 gleitet linear in dessen
Muffe, wie durch Pfeil 161 in 3 gezeigt.
Das Sperr-Sicherheitsventil 160 wird verwendet, um die
Nach-Oben- und Nach-Unten-Steuer-Unter-Druck- Setzung an den Hydraulikmotor 20 in
Erwiderung auf einen „Position
nach oben"- oder „Position
nach unten"-Befehl
des Piloten zu sequenzieren. Das Sequenzieren wird erreicht durch eine
selektive Leitungsblockierung, je nachdem, ob das Nach-Oben- oder
Nach-Unten-Elektroventil erregt ist. Wenn beide Elektroventile entregt
sind, schaltet das Sperr-Sicherheitsventil 160 die
Hydraulikmotoröffnungen 81 und 82 mit
dem Rücklauf
zusammen. Gleiches gilt nach einem Versagen der Hydraulik, um es
dem Elektromotor 22 zu erlauben, einzuspringen (den Hydraulikmotor 20 gegenzutreiben),
um jederzeit eine einwandfreie positionelle Steuerung der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 aufrechtzuerhalten.
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Eine
weitere Komponente des Höhenflossentrimmungssteuergeräts 4 ist
ein Sperrventil 170, das hydraulisch an dem Sperr-Sicherheitsventil 160 gekoppelt
ist, wie im Allgemeinen in 3 anschaulich
dargestellt ist. Das Sperrventil 170 ist ein 2-Positionen-Kolbenschieberventil
mit vier Öffnungen 71, 72, 74 und 73 (3),
wobei der Betrieb jeder Öffnung
untenstehend detailliert in Tabellenform beschrieben wird. Das Sperrventil 170 ist
mit einer Spule 171 bereitgestellt, die linear in einer
Muffe 172 gleitet, wie im Allgemeinen durch Pfeil 173 in 2, 3 gezeigt.
Die Öffnungen 73 und 74 sind
jeweils hydraulisch an den Hydraulikmotoröffnungen 82 und 81 gekoppelt,
während
die Öffnungen 71 und 72 hydraulisch
an den Öffnungen 70 und 65 des Sperr-Sicherheitsventils 160 gekoppelt
sind. Das Sperrventil 170 wird verwendet, um den Auslassdurchfluss der
Hydraulikmotoröffnung
an den Nach-Oben- und Nach-Unten-Endpositionen des Stellglieds zu
blockieren (wobei das Stellglied die Acme-Gewinde-Endwelle 90 ist).
Die Bewegung des Stellglieds wird an diesen vorgegebenen Positionen
gemäß der vorliegenden
Erfindung automatisch gestoppt. Insbesondere empfängt das Sperrventil 170 eine
Rückkopplung
bezüglich
der linearen Verschiebung der Acme-Gewinde-Endwelle 90,
indem ein Ende der Spule 171 mechanisch an die Rückkopplungswelle 126 gekoppelt
wird, wobei die entsprechende lineare Bewegung der Spule 171 durch
Pfeil 173 in 2 gezeigt ist. Die mechanische
Kopplung ist in diesem Fall vorzugsweise der mechanischen Kopplung
zwischen der Spule 100 des Geschwindigkeitssteuerventils 18 und
der Rückkopplungswelle 126 (2) ähnlich.
Die mechanische Rückkopplung
für das
Sperrventil 170 wird auf diese Weise auf die gleiche Art
wie die mechanische Rückkopplung
für das
Geschwindigkeitssteuerventil 18 bewerkstelligt, wobei die
hierin zuvor beschriebene Schneckenradsatz- und Kegelradsatzkombination
die notwendige Räderuntersetzung
bereitstellt, um eine proportionale Stellgliedverschiebungsrückkopplung
zur Spule 171 des Sperrventils 170 (2)
zu erreichen. Die positionelle Rückmeldung
der Höhenflossentrimmungssteuerfläche zur
Spule 100 des Geschwindigkeitssteuerventils 18 und
zur Spule 171 des Sperrventils 170 tritt gleichzeitig
auf.
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Wie
in 3 gezeigt, ist das Sperrventil 170 mit
einem integrierten Höhenflossentrimmungssteuerflächenpositionssensor 14 (LVDT,
Resolver, RVDT oder ähnlichem)
bereitgestellt, der eine Höhenflossentrimmungssteuerflächenwinkelpositionsanzeige
für den
Piloten als Referenz im Führersitz
bereitstellt. Andere Arten von Positionssensoren können verwendet
und/oder auf unterschiedliche Weise integriert werden, solange sie
dem beabsichtigten Zweck der vorliegenden Erfindung dienen.
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Die
lineare Stellgliedbewegung wird automatisch an vorgegebenen Nach-Oben- und Nach-Unten-Endpositionen
gestoppt, indem der Durchfluss zu den Hydraulikmotoröffnungen 81, 82 blockiert
wird, wodurch die Notwendigkeit behoben wird, an der Acme-Gewinde-Endwelle 90 oder
dem Sperrventil 170 physische Stopper zu platzieren. Das
Platzieren von physischen Stoppern auf der Acme-Gewinde-Endwelle 90 für den hydraulischen
Betrieb würde
zusätzliche
Struktur erfordern und könnte
möglicherweise
nicht so gut funktionieren wie der oben beschriebene neuartige Ansatz.
Wenn der Reserve-Elektromotor in Betrieb ist, sind jedoch mechanische
Stopper auf der Acme-Gewinde-Endwelle 90 erforderlich (direkt
unter den hydraulischen Stopppositionen), um es der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 zu
ermöglichen,
nach einem hydraulischen Systemversagen an den maximalen Nach-Oben-
und maximalen Nach-Unten-Positionen zu stoppen. Eine Alternative
zu dem Platzieren von mechanischen Stoppern auf der Acme-Gewinde-Endwelle 90 wäre die Verwendung
des Höhenflossentrimmungssteuerflächenpositionssensors 14,
um der Pilotenschnittstelle 12 elektrische Rückkopplung
bereitzustellen, um den Reserve-Elektromotor 22 nur an
den Endpositionen maximal nach oben und maximal nach unten zu stoppen.
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Die
Pilotenschnittstelle 12 empfängt von dem Trimmungskippschalter 11 elektrischen
Eingang und gibt entsprechende elektrische Signale an die Elektroventile 150, 152 aus,
wenn der Reserve-Elektromotor 22 nicht in Betrieb ist,
d. h. während
normalem Betrieb des hydraulischen Systems. Bei Versagen des hydraulischen Systems
empfängt
die Pilotenschnittstelle 12 ebenfalls von dem Höhenflossentrimmungssteuerflächenpositionssensor 14 und
von einen hydraulischen Drucksensor (nicht gezeigt) an Bord des
Flugzeugs, der auf der Leitung des hydraulischen Systems platziert
ist, elektrischen Eingang und gibt entsprechende elektrische Signale
an Reserve-Elektromotor 22 aus, der die positionelle Steuerung
der Höhenflossentrimmungssteuerfläche 8 übernimmt.
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Gemäß noch einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird hiermit eine detaillierte Beschreibung
der Funktionen der Hydroventilöffnung
und der Zusammenschaltungen für das Geschwindigkeitssteuerventil 18,
das Wegeventil 140, das Sperr-Sicherheitsventil 160 und das
Sperrventil 170 in Tabellenform präsentiert (Tabellen 1–4).
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TABELLE
1 GESCHWINDIGKEITSSTEUERVENTIL
18 (Figur 3)
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TABELLE
2 WEGEVENTIL
140 (Figur 3)
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-
-
TABELLE
3 SPERR-SICHERHEITSVENTIL
160 (Figur 3)
-
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TABELLE
4 SPERRVENTIL
170 (Figur 3)
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Gemäß dem besten
Modus zum Praktizieren der Erfindung folgt untenstehend eine detaillierte
Beschreibung mehrerer Betriebsmodi der vorliegenden Erfindung in
Tabellenform (Tabellen 5–39).
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BETRIEBSMODUS
1 STOPP-BEFEHL – PILOTENBEFEHL
ZUM STOPPEN DER HÖHENFLOSSENTRIMMUNGSSTEUERFLÄCHE AN BELIEBIGER
POSITION WÄHREND
DES HUBS DES STELLGLIEDS TABELLE
5
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-
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BETRIEBSMODUS
2 NACH-OBEN-BEFEHL – PILOTENBEFEHL
ZUM BEWEGEN DER HÖHENFLOSSENTRIMMUNGSSTEUERFLÄCHE IN DIE
NACH-OBEN-RICHTUNG TABELLE
10
-
-
-
-
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BETRIEBSMODUS
3 MAXIMAL-NACH-OBEN-BEFEHL – PILOT
HÄLT NACH-OBEN-BEFHL
AUFRECHT, UM HÖHENFLOSSENTRIMMUNGSSTEUERFLÄCHE IN DIE
MAXIMALE NACH-OBEN-POSITION ZU BEWEGEN UND DORT AUTOMATISCH ZU STOPPEN TABELLE
15
-
-
-
-
-
-
BETRIEBSMODUS
4 NACH-UNTEN-BEFEHL
VON MAXIMALER NACH-OBEN-POSITION – PILOTENBEFEHL ZUM EINLEITEN DER
NACH-UNTEN-BEWEGUNG DER HÖHENFLOSSENTRIMMUNGSSTEUERFLÄCHE VON
DER MAXIMALEN GESTOPPTEN NACH-OBEN-POSITION TABELLE
20
-
-
-
-
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BETRIEBSMODUS
5 NACH-UNTEN-BEFEHL – PILOTENBEFEHL
ZUM BEWEGEN DER HÖHENFLOSSENTRIMMUNGSSTEUERFLÄCHE IN DIE
NACH-UNTEN-RICHTUNG TABELLE
25
-
-
-
-
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BETRIEBSMODUS
6 MAXIMAL-NACH-UNTEN-BEFEHL – PILOT
HÄLT NACH-UNTEN-BEFHL
AUFRECHT, UM HÖHENFLOSSENTRIMMUNGSSTEUERFLÄCHE IN DIE
MAXIMALE NACH-UNTEN-POSITION ZU BEWEGEN UND DORT AUTOMATISCH ZU
STOPPEN TABELLE
30
-
-
-
-
-
BETRIEBSMODUS
7 NACH-OBEN-BEFEHL
VON MAXIMALER NACH-UNTEN-POSITION – PILOTENBEFEHL ZUM EINLEITEN DER
NACH-OBEN-BEWEGUNG DER HÖHENFLOSSENTRIMMUNGSSTEUERFLÄCHE VON
DER MAXIMALEN GESTOPPTEN NACH-UNTEN-POSITION TABELLE
35
-
-
-
-
-
Die
oben beschriebene Erfindung stellt ein zuverlässiges komplett hydraulisches
Höhenflossentrimmungssteuersystem
bereit, das bei einer Vielfalt von Starrflüglern benutzt werden kann.
Während
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen
detailliert beschrieben wurde, versteht es sich, dass in der vorliegenden
Erfindung zahlreiche Modifikationen und Variationen vorgenommen werden
können.
Zum Beispiel können
der Reserve-Elektromotor und die Pilotenschnittstelle entfernt werden, wenn
dies erwünscht
ist, ohne vom beabsichtigen Zweck der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Andere Systemausführungsformen
können
möglich
sein, wie dem auch sei, es ist wichtig zu beachten, dass das Praktizieren
der Erfindung nicht auf die hierin oben beschriebenen Anwendungen
beschränkt
ist.
-
Dem
Fachmann sollte es ebenfalls verständlich sein, dass Merkmale,
die als Teil einer Ausführungsform
dargestellt oder beschrieben sind, in einer anderen Ausführungsform
verwendet werden können,
um noch eine andere Ausführungsform
bereitzustellen, so dass die Merkmale nicht auf die spezifischen
oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
sind. Es ist somit beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung
derartige Modifikationen, Ausführungsformen
und Variationen abdeckt, solange sie in den Bereich der angehängten Patentansprüche fallen.
