專利名稱：用于航空器的電舵控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種不帶任何機械舵補償的、電類型的、用于航空器的舵控制系統(rudder control system)。
背景技術：
每一架航空器均設置有連接引航單元(操縱桿、舵腳蹬桿(rudder bar))與航空器的空氣動力學控制表面(副翼、阻流板(spoiler)、垂直舵、俯仰操縱機構(pitchmotivator))的飛行命令系統。那些系統已經根據技術進步隨著時間從純機械非輔助系統發展到被以液壓方式輔助的電(命令)系統。在最初的系統上，飛行員在引航單元上施加的作用力被整體地傳遞到舵并且對應于空氣動力學作用力。為了減小肌肉作用力，已經形成了補償器或者調平(trim)從而能夠對應于來自飛行員的零肌肉作用力地改變控制表面位置。隨著技術的演化，已經本質上為了操作需要(來自飛行員)保留了調平。因為在目前的舵控制系統上，在舵腳蹬桿和垂直舵之間不再存在更多的機械連接，調平僅僅用于改變舵腳蹬桿的零作用力位置。通常，一種電類型的、用于航空器，特別地用于飛機的舵控制系統，包括
-適于由飛行員操作的舵腳蹬桿；
-用于檢測舵腳蹬桿的位置并且產生代表這種位置的電控制信號的裝置；和-飛行控制計算器，該飛行控制計算器接收這種電控制信號并且借助于后者產生被傳輸到用于航空器的垂直舵的致動裝置的控制命令。該垂直舵是所謂的電式的，因為由飛行員控制的命令(舵腳蹬桿的位置)被以電信號的形狀傳輸到飛行控制計算器。該計算器然后使用這種飛行員命令以通過內部控制定律確定被有效地應用于垂直舵的控制命令。盡管這種電特性，舵腳蹬桿仍然是一種復雜的機械單元。它特別地包括能夠再次形成人為感覺的彈簧組件(因為舵腳蹬桿不再被以機械方式與航空器的控制表面連接)。這種人為感覺產生裝置還包括機械舵補償或者調平功能。由機械補償器或者調平實現的這種功能允許飛行員控制零作用力舵腳蹬桿位置。飛行員通過位于駕駛員座艙中的按鈕執行該控制。這種機械舵調平滿足幾個操作需要
-在發動機故障的情形中。航空器的發動機故障產生偏航力矩。因此，為了保持最佳飛行線路，飛行員必須控制舵腳蹬桿命令從而垂直舵產生與與發動機故障有關的力矩相反的矯正性偏航力矩。恒定的應用這種命令迫使飛行員在舵腳蹬桿上施加恒定的肌肉作用力。為了使得飛行員能夠在保持他的位置(和因此他的命令)時釋放踏板，他請求機械舵調平功能。使用這種功能允許將零作用力位置(起初地假設為中立位置)送至舵腳蹬桿的當前位置(飛行員要求的)。因此，飛行員可以在保持當前位置時釋放舵腳蹬桿；和-在飛機被扭曲或者被以非對稱方式加載(燃料、乘客)的情形中。在那些情形中，飛行員能夠處于要求恒定的稍微的舵命令從而取消或者補償非對稱性(最佳側滑、最小舵間隙)的位置中。為此，飛行員可以請求機械舵調平功能。因此，舵腳蹬桿能夠采取非零命令，而不用飛行員在踏板上操作(通過零作用力點的稍微移位)。在例如如上所述電舵控制系統上存在滿足上述需要的機械舵調平，特別地在質量、成本、安裝、擁塞、維護、總體可靠性等方面具有某些缺點。

發明內容
本發明旨在簡化這種電舵控制系統并且取消機械補償功能。它涉及一種不帶任何機械控制調平的、電類型的、用于航空器的舵控制系統，盡管不存在機械調平，該舵控制系統仍然允許滿足與這種調平有關的操作需要。出于該目的，根據本發明，所述類型的舵控制系統包括
-適于由航空器的飛行員致動的舵腳蹬桿(踏板);
-用于自動地檢測舵腳蹬桿的位置并且產生代表這種位置的電控制信號的裝置；和-計算裝置，該計算裝置接收這種電控制信號并且至少通過后者自動地產生被傳輸到用于航空器的垂直舵的操作裝置的控制命令，
其顯著性在于，它另外地包括
-用于以輔助電信號的形狀產生舵調平命令從而零作用力舵腳蹬桿位置是舵腳蹬桿的中立位置的輔助裝置；和
-用于向所述計算裝置傳輸這種輔助電信號的裝置，所述計算裝置被形成用于通過這個輔助電信號和所述電控制信號這兩者產生被傳輸到用于垂直舵的操作裝置的控制命令，所述控制命令是從對應于相對于由電控制信號代表的舵腳蹬桿位置的命令和由由所述輔助裝置產生的輔助電信號代表的補償命令之總和的總體命令計算的，從而零作用力舵腳蹬桿位置總是舵腳蹬桿的中立位置。因此，由于本發明，用于滿足相對于舵調平的操作需要的動作不是由其舵控制系統不存在的、通常的機械補償器實現的，而是通過產生并且應用被(以電信號的形狀)傳輸到使用它計算舵控制命令的計算裝置(或者飛行控制計算器)的舵調平命令實現的。零作用力舵腳蹬桿位置因此總是舵腳蹬桿的中立位置。取消通常的機械調平的舵控制系統因此在航空器質量、成本、安裝設備、維護操作和總體可靠性方面產生益處。在一個第一實施例中，所述輔助裝置包括用于在航空器的發動機故障時自動地確定使得由發動機故障產生的偏航力矩能夠得到補償的補償或者調平命令的自動裝置。而且，有利地，所述輔助裝置還包括用于自動地檢測這種故障的裝置。僅僅在發動機故障的情形中應用這個第一實施例。而且，在第二實施例中，關于所述第一實施例替代地或者另外地，所述輔助裝置還包括手動操作裝置從而允許飛行員控制(即選擇手動操作)被傳輸到計算裝置的補償命令。能夠在航空器要求非對稱性補償的任何情況中，特別地在航空器被扭曲或者非對稱地加載(燃料、乘客)的情形中使用這個第二實施例。在發動機故障時，兩個實施例均能夠如此被一起地或者分開地使用。特別地，飛行員能夠使用第二實施例以在自動偏航力矩補償故障的情形中進行手動操作控制。能夠以不同的方式實現所述第二實施例的手動操作裝置。因此，在第一實施例變型中，所述手動操作裝置包括
-適于用手帶至三個不同的位置中的旋轉按鈕，該三個不同的位置即
第一極端位置，對于該第一極端位置，補償命令的值逐漸地增加；
第二極端位置，對于該第二極端位置，補償命令的值逐漸地降低；和 中立位置，對于該中立位置，補償命令的值是固定的；和-重新初始化按鈕，當它被操作時將補償命令重置為零值。而且，在第二實施例變型(優選的)中，所述手動操作裝置包括(唯一的)控制按鈕， 當它被保持按下并且同時地先前壓下的舵腳蹬桿被釋放(逐漸地)時，該控制按鈕導致補償命令(逐漸的)增加，這種增加與舵腳蹬桿的間隙(釋放)變化成比例。所產生的補償命令對應于在所述控制按鈕釋放的瞬間獲得的補償命令。進而，在一個具體實施例中，所述舵控制系統另外地包括用于在先前地被接合的自動引航系統脫離時，自動地將補償值初始化為在其脫離之前由這種自動引航系統控制的舵控制值的裝置。本發明進而涉及一種設置有不帶任何機械舵補償的電舵控制系統，諸如上述電舵控制系統的航空器，特別地是運輸飛機。


附圖中的圖將使得充分地理解本發明能夠如何實現。在那些圖中，相同的標記表示類似的元件。圖1是根據本發明的電舵控制系統的框圖。圖2和3示意地示意用于構成根據本發明的系統的一個部分的舵控制補償命令的手動操作控制裝置的不同實施例。
具體實施例方式根據本發明的并且在圖1中示意地示出的系統I是用于航空器(未示出)，特別地飛機并且特別地運輸飛機的一種電舵控制系統。這種系統I無任何機械舵控制補償器。用于航空器的電舵控制系統I通常包括
-適于由飛行員(踏板2A)或者副飛行員(踏板2B)操作的舵腳蹬桿(被以踏板的形狀實
現)；
-與所述舵腳蹬桿2相關聯、確定它的位置并且產生代表這種位置的電控制信號的裝置3 ;
-通過電連接5接收這種電控制信號并且通過后者產生控制命令的飛行控制計算器4 ；
和
-用于航空器的垂直舵7的操作裝置6，通過電連接8將這個控制命令傳輸到該操作裝置6。這些操作裝置6將垂直舵7偏轉(如混合線條中的鏈路9示意的)代表如此接收的控制命令的偏轉值。這種系統I是所謂的電式的，因為由飛行員控制(通過操作舵腳蹬桿2)的命令被以電信號的形狀傳輸到飛行控制計算器4。這種飛行控制計算器4然后使用這種飛行員命令，以通過通常的內部控制定律，確定被有效地應用于垂直舵7的控制命令。根據本發明的系統I是這樣的使得，盡管不存在機械舵補償器，其允許滿足相對于這種補償器的操作需要。為此，所述系統I另外地包括
-用于以輔助電信號的形式產生舵補償命令的輔助裝置10。這種舵補償命令以下還被稱作偏置RTS ;和
-用于將這種輔助電信號傳輸到所述飛行控制計算器4的裝置(電連接11、12)。而且，根據本發明，所述飛行控制計算器4包括裝置13，用于通過這種輔助電信號和所述電控制信號這兩者產生被傳輸到用于垂直舵7的操作裝置6的控制命令。這種控制命令因此是從對應于相對于舵腳蹬桿2的位置的命令(電控制信號)和由所述輔助裝置10產生的補償命令(輔助電信號)之總和的總體命令計算的。因此，在根據本發明的系統I上，為了滿足相對于舵補償器的操作需要而必要的動作不是由系統I并不具有的、通常的機械補償器實現的，而是通過被(以電信號的形狀)傳輸到使用它計算舵控制命令的飛行控制計算器4的舵補償命令的產生和應用實現的。在這種系統I內，零作用力舵腳蹬桿位置因此總是舵腳蹬桿2的中立位置。在所述舵控制系統I上取消任何通常的機械補償器因此在航空器質量、成本、安裝設備、維護操作和總體可靠性方面產生益處。在第一實施例中，所述輔助裝置10包括自動裝置15，該自動裝置15包括
-用于自動地檢測在航空器的發動機中的故障的通常裝置16 ；
-被鏈路18連接到所述裝置16并且被形成用于自動地確定最佳側滑角度的裝置17 ；
和
-優選地被集成到計算器4中以將這種最佳側滑角度加以考慮的裝置(未示出)。為此，這種最佳側滑角度被添加到受到控制的側滑(對應于舵腳蹬桿命令)并且然后如此獲得的總和被轉換成舵控制命令，該舵控制命令允許(通過對于這種最佳側滑角度加以考慮)補償由故障產生的偏航力矩。優選地，但是并非唯一性地，所述輔助裝置10被集成到計算器4中。這個第一實施例然后應用于發動機故障的情形。然而，它還能夠被應用于用于具有不同于發動機故障的其它原因的航空器非對稱性的自動補償。裝置17使用建立的正常側(normal side)定律，即所謂的Y*定律，以上述最佳側滑角度掌控航空器的側滑的這個一般定律能夠自動地阻擋由故障產生的偏航力矩。利用這個第一實施例，在發動機故障的情形中，乘員不再需要在垂直舵2上提供恒定的肌肉作用力并且機械補償功能不再是有必要的。然而，對于引航定律劣化(例如由于設備故障，Y*定律不能進一步可用)加以考慮地，所述輔助裝置10還包括手動操作裝置19A、19B以允許飛行員控制(即選擇手動操作)被傳輸到控制裝置的補償命令。能夠替代所述第一實施例的自動裝置15或者除了所述第一實施例的自動裝置15之外，使用與本發明的第二實施例有關的這種手動操作裝置19A、19B。在發動機故障時，兩個實施例均能夠如此被一起地或者分開地使用。特別地，在偏航力矩自動補償故障時(第一實施例)，飛行員能夠使用第二實施例執行手動操作控制。在發動機故障的情形中，等于要求的舵腳蹬桿位置的、根據本發明的補償命令的飛行員控制(偏置RTS)使得能夠無任何肌肉作用力地在中立位置處釋放舵腳蹬桿2。作為為了補償檢測到的發動機故障而有必要的命令考慮BTGT，在這種情形中獲得了在以下表格中示出的情況。
舵腳蹬桿2的位置偏置RTS飛行員命令(定律輸入)在發動機故障之前中立令令在發動機故障并且在舵腳蹬桿2處阻擋之后BTGT令BTGT在偏置RTS的控制之后中立BTGTBTGT 能夠在航空器要求非對稱性補償的任何情況中并且特別地在航空器被扭曲或者被非對稱地加載(燃料、乘客)的情形中使用第二實施例(通過手動控制的補償)。 在那些最后的情形中，替代飛行員通過對舵腳蹬桿2的作用而補償非對稱性，他通過對偏置RTS值的控制的作用而直接地補償非對稱性。以此方式，在無任何肌肉作用力地保持舵腳蹬桿2處于中立位置中時，非對稱性得到補償。作為為了補償這種非對稱性而有必要的命令考慮⑶is，在那些情形中獲得了在以下表格中示出的情況。
舵腳蹬桿2的位置偏置RTS飛行員命令(定律輸入)在非對稱性補償之前中立零零在非對稱性補償之后中立CDisCDis能夠以不同的方式實現所述第二實施例的手動操作裝置19A、19B。因此，在于圖2中表示的第一實施例變型中，所述手動操作裝置19A包括
-適于被飛行員的手帶至三個不同的位置中的旋轉按鈕20，該三個不同的位置即
極限位置P1，對于該極限位置P1，補償命令的值(偏置RTS)逐漸地降低；
極限位置P2，對于該極限位置P2，補償命令的值逐漸地增加；和 中立位置PO，對于該中立位置PO，補償命令的值被固定于在按鈕20向右旋轉或者向左旋轉之后獲得的值；和
-重新初始化按鈕21，當它被操作時將補償命令重置為零值。能夠使用與通常的機械補償的通常的控制裝置相同類型的按鈕的這種手動操作裝置19A允許帶有效率和精度地控制偏置RTS的值。考慮偏置RTS的值從-100% (在左側上)改變到+100% (在右側上)并且它在中立位置PO中為0%，則以下邏輯可用
-當飛行員向左(位置Pl)搖動旋轉按鈕20時，偏置RTS的值在被限制為-100%時逐漸地降低；
-當飛行員向右(位置P2)搖動旋轉按鈕時，偏置RTS的值在被限制為+100%時逐漸地增加；并且
-當飛行員按下重新初始化按鈕21時，偏置RTS的值逐漸地返回0%。當然，偏置RTS的值可以在不同于-100%和+100%的其它值之間改變(關于舵腳蹬桿的可能間隙)。作為示意，能夠預期用于補償命令的以下控制速度。
I在光滑配置中的縫翼和襟翼I在非光滑配置中的縫翼和襟翼在短于1. 5sec的時間期間操縱旋轉按鈕20O. 5deg/secldeg/sec超過1. 5秒地操縱按鈕201.5deg/sec3deg/sec進而，通過按下重新初始化按鈕21用于補償命令(偏置RTS)的重置速度能夠是3。。在該實例中，考慮+/-30°的、從鄰靠到隨后的舵腳蹬桿間隙是適當的。進而，在于圖3中表示的第二優選實施例變型中，所述手動操作裝置19B包括當它被保持按下并且同時地先前地壓下的舵腳蹬桿2被(逐漸地)釋放時，導致補償命令(逐漸的)增加的(唯一)控制按鈕22，這種增 加與舵腳蹬桿2的間隙變化(釋放)成比例。所產生的補償命令對應于在釋放所述控制按鈕22時獲得的補償命令。這些手動操作裝置19B使得偏置RTS的值能夠被有效地和精確地控制。優選地，偏置RTS的值從-100% (在左側上)改變為+100% (在右側上)并且它在中立位置處為0%。在操作方面
-飛行員開始通過對舵腳蹬桿2作用(非零位置和作用力)而平衡航空器；
-然后在逐漸地將舵腳蹬桿2釋放達到中立位置(用于零作用力)時他在按鈕22上按下并且保持它被按下。當舵腳蹬桿2被飛行員朝向中立位置重新定位，并且按鈕22保持被按下時
-飛行員命令(在低輸入下)被固定于它在機組人員按下按鈕22時的瞬時所具有的值；
并且
-根據本發明的補償(偏置RTS)逐漸地與舵腳蹬桿2的間隙變化成比例地增加。一旦舵腳蹬桿2處于中立位置上，飛行員便釋放按鈕22并且舵腳蹬桿2的位置再次在飛行員命令(在定律輸入下)的組成中發揮作用(take action)。被注冊的偏置RTS然后等價于在該過程之前的舵腳蹬桿位置。作為飛行員希望的舵控制命令考慮EqLat并且作為舵腳蹬桿2的中間位置考慮IntLat，在以下表格中示出的情況是在上述控制時獲得的。
權利要求
1.一種不帶任何機械控制調平的、電類型的、用于航空器的舵控制系統，包括-適于由所述航空器的飛行員致動的舵腳蹬桿(2)；-用于自動地檢測舵腳蹬桿(2)的位置并且產生代表這種位置的電控制信號的裝置(3);和-計算裝置(4)，所述計算裝置接收這種電控制信號并且至少通過后者自動地產生被傳輸到用于所述航空器的垂直舵(7)的操作裝置(6)的控制命令，其特征在于，它另外地包括-用于以輔助電信號的形狀產生舵調平命令從而零作用力舵腳蹬桿位置是舵腳蹬桿(2)的中立位置的輔助裝置(10);和-用于向所述計算裝置(4 )傳輸這種輔助電信號的裝置(11，12 )，所述計算裝置被形成用于通過這個輔助電信號和所述電控制信號這兩者產生被傳輸到用于垂直舵(7 )的操作裝置(6)的控制命令，所述控制命令是從對應于相對于由電控制信號代表的舵腳蹬桿(2)位置的命令和由所述輔助裝置(10)產生的輔助電信號代表的補償命令之總和的總體命令計算的，從而零作用力舵腳蹬桿位置總是舵腳蹬桿(2 )的中立位置。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述輔助裝置(10)包括用于在所述航空器的發動機故障時自動地確定使得由所述發動機產生的偏航力矩能夠得到補償的補償命令的自動裝置(15)。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述輔助裝置(10)還包括用于從所述航空器的發動機自動地檢測這種故障的裝置(16)。
4.根據權利要求1到3中任何一項所述的系統，其特征在于，所述輔助裝置(10)包括允許飛行員控制舵補償命令的手動操作裝置 (19A、19b)。
5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述手動操作裝置(19A)包括-適于用手帶至三個不同的位置中的旋轉按鈕(20 )，所述三個不同的位置即 第一極限位置(P2)，對于該第一極限位置(P2)，補償命令的值逐漸地增加； 第二極限位置(P1)，對于該第二極限位置(P1)，補償命令的值逐漸地降低；和 中立位置(PO)，對于該中立位置(PO)，補償命令的值固定的；和 -重新初始化按鈕(21)，當它被操作時能夠將補償命令重置為零值。
6.根據權利要求4到5中任何一項所述的系統，其特征在于，所述手動操作裝置(19B)包括控制按鈕(22)，當它被保持按下并且先前壓下的舵腳蹬桿(2)被釋放時，所述控制按鈕導致補償命令增加，這種增加與舵腳蹬桿(2) 的間隙變化成比例，并且所產生的所述補償命令對應于在所述控制按鈕(22)釋放的瞬時獲得的補償命令。
7.根據前面權利要求中任何一項的系統，其特征在于，所述系統另外地包括用于在先前地被接合的自動引航系統脫離時，自動地將補償值初始化為在其脫離之前由這種自動引航系統控制的舵控制值的裝置。
8.一種航空器，其特征 在于，所述航空器包括諸如在權利要求1到7的任何一項之中規定的系統。
全文摘要
一種用于航空器的電舵控制系統。舵控制系統(1)包括用于確定用于航空器舵(7)的致動器(6)的補償命令的裝置(10)。
文檔編號B64C13/04GK103010457SQ201210363019
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者P.布羅, P.法布爾 申請人:空中客車運營簡化股份公司