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Dokumentenidentifikation DE60201782T2 10.11.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001273986
Titel Verfahren und Einrichtung zur Steuerung mindestens einer Trimmungsklappe eines Flugzeugs während des Starts
Anmelder Airbus France, Toulouse, FR
Erfinder Bousquet, Guy, 31770 Colomiers, FR
Vertreter Meissner & Meissner, 14199 Berlin
DE-Aktenzeichen 60201782
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 11.06.2002
EP-Aktenzeichen 022914410
EP-Offenlegungsdatum 08.01.2003
EP date of grant 03.11.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.11.2005
IPC-Hauptklasse G05D 1/00
IPC-Nebenklasse G05D 1/08   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Steuerung mindestens einer Trimmklappe eines Flugzeugs während der Startphase.

Um ein Flugzeug zu starten, beschleunigt bekanntermaßen der Pilot dieses Flugzeug auf der Startbahn, bis es (zu einer Zeit tr) eine Geschwindigkeit Vr erreicht, zu der er ein Steuerorgan des Flugzeugs betätigt, beispielsweise einen Joystick. Diese Betätigung bewirkt eine Verstellung der Trimmklappen (des Typs Höhenrudertrimmklappen), wodurch das Flugzeug, dessen Bugfahrwerk sich vom Boden abhebt, nach oben zieht, wobei das Flugzeug mit Hilfe seines Hauptfahrwerks auf der Startbahn weiterrollt. Das Flugzeug befindet sich zu diesem Zeitpunkt immer noch in der Beschleunigungsphase, wobei seine Längsachse mit der Startpiste einen Trimmwinkel &thgr; bildet. Wenn das Flugzeug bei einer Zeitdauer T nach der Betätigung des Steuerorgans eine Geschwindigkeit Vlof erreicht, verlassen auch die Räder des Hauptfahrwerks die Startpiste, und die Startphase ist beendet.

Vor der Beendigung der Startphase, solange das Flugzeug noch auf der Startpiste rollt, besteht jedoch die Gefahr, dass das Flugzeug mit dem hinteren Teil seines Rumpfes die Startpiste berührt, wenn der Wert des Trimmwinkels zu groß ist.

Im Allgemeinen ändert sich der Trimmwinkel &thgr; zwischen den Zeiten tr und tr + T entsprechend einer speziellen Vorgabefunktion, der gemäß der Trimmwinkel &thgr; in Abhängigkeit von der Zeit größer wird.

Wenn der Pilot das Steuerorgan bei einer niedrigen Geschwindigkeit Vr betätigt, ist daher die Zeit T wichtig, die nötig ist, um die Geschwindigkeit Vlof zu erreichen, so dass man, da der Trimmwinkel &thgr; in Abhängigkeit von der Zeit größer wird, einen Wert des Trimmwinkels &thgr; erreichen kann, der zur Zeit tr + T sehr groß ist und der so beschaffen sein kann, dass der hintere Teil des Rumpfes den Boden berührt.

Um die Startstrecke zu verkürzen, kann sich der Pilot außerdem dazu veranlasst sehen, mit Mindestgeschwindigkeiten Vr und Vlof zu starten, wodurch das Flugzeug durch Vergrößern des Trimmwinkels noch weiter nach oben gezogen werden muss. Dies vergrößert natürlich die Gefahr, dass das Flugzeug mit dem hinteren Teil des Rumpfes den Boden berührt.

Diese Gefahr ist umso größer, je länger das Flugzeug und somit je größer der Abstand L zwischen seinem Hauptfahrwerk und dem hinteren Teil des Rumpfes ist. In der Tat wird bei einer gegebenen Fahrwerkhöhe der kritische Winkel &thgr;q, bei dem der hintere Teil des Flugzeugs den Boden berührt, mit zunehmendem Abstand L kleiner. Zum Beispiel ist bei einem Flugzeug des Typs „Airbus A340" der kritische Winkel &thgr;q in der Größenordnung von 13,5° bis 14°, wobei &thgr; beim Start mit einer Mindestgeschwindigkeit Vr je nach Konfiguration des Flugzeugs einen Wert in der Größenordnung von 12° bis 12,5° hat. Daraus ergibt sich beim Start eine Toleranzspanne für den Trimmwinkel &thgr; in der Größenordnung von nur 1,5°. Daher muss die Gefahr berücksichtigt werden, dass das Flugzeug mit dem hinteren Teil des Rumpfes den Boden berührt und dadurch beschädigt wird.

Aus dem Patent FR-2 711 257 ist ein System zur Steuerung der Höhenruder eines Flugzeugs bekannt, das Vorrichtungen aufweist, mit denen das Steuersignal der Ruder in Abhängigkeit vom Trimmwinkel &thgr; des Flugzeugs abgeschwächt werden kann. Die Abschwächung nimmt bis zu einem bestimmten Schwellenwert zu, wenn sich der Winkel è vergrößert. Indem ein derartiges System die Vergrößerung von &thgr; in Abhängigkeit von der Zeit mindert, verringert es die Gefahr, dass das Flugzeug mit dem hinteren Teil des Rumpfes den Boden berührt.

Die Gefahr ist jedoch nicht vollständig beseitigt. In der Tat kann trotz dieser Minderung bei einer sehr großen Zeit T der Trimmwinkel &thgr; den vorstehend genannten kritischen Wert &thgr;q erreichen. Außerdem hat dieses bekannte System den Nachteil, dass es in allen Fällen den Rotationsgrad (oder Änderung der Fluglage in Abhängigkeit von der Zeit) mindert, auch dann, wenn die Geschwindigkeit Vr groß genug ist, um die Gefahr auszuschließen, dass das Flugzeug mit dem hinteren Teil des Rumpfes den Boden berührt. In diesem Fall verlängert dieses bekannte System unnötigerweise den Zeitraum, der nötig ist, um den Wert des Trimmwinkels &thgr; zu erreichen, der die Ausführung des Starts erlaubt, was natürlich zur Folge hat, dass sich die benötigte Startstrecke vergrößert.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung mindestens einer Trimmklappe eines Flugzeugs während der Startphase, mit dem die vorstehend genannten Nachteile beseitigt werden können.

Zu diesem Zweck zeichnet sich das Verfahren gemäß der Erfindung dadurch aus, dass man bei der Beschleunigung des Flugzeugs, das zum Zwecke des Startens auf dem Boden rollt, sobald ein Pilot ein Steuerorgan betätigt, um die Trimmklappe so zu steuern, dass sich der Trimmwinkel zwischen der Längsachse des Flugzeugs und dem Boden vergrößert, wenn es mit einer Geschwindigkeit Vr auf dem Boden rollt:

  • a) eine Geschwindigkeit Vlofmin bestimmt, bei der die letzten Räder des Flugzeugs den Boden verlassen, wenn es sich um einen Start handelt, bei dem der Trimmwinkel gemäß einer nominalen Vorgabefunktion gesteuert wird und bei dieser Geschwindigkeit Vlofmin einen Nennwert &thgr;nom aufweist, der um eine vorher definierte Toleranzspanne kleiner ist als ein kritischer Wert &thgr;q des Trimmwinkels, bei dem das Flugzeug mit einem hinteren Teil seines Rumpfes den Boden berührt;
  • b) die Zeitdauer T bestimmt, die das Flugzeug benötigt, um von der Geschwindigkeit Vr auf diese Geschwindigkeit Vlofmin zu kommen;
  • c) diese Zeitdauer T mit einer Nennzeitdauer Tnom vergleicht, die der Zeitdauer entspricht, die das Flugzeug benötigt, um gemäß einer nominalen Vorgabefunktion von einem Trimmwinkel beim Rollvorgang &thgr;r (bei der Geschwindigkeit Vr) zu einem Trimmwinkel mit dem Nennwert &thgr;nom zu gelangen; und
  • d) aus diesem Vergleich eine Vorgabefunktion für den Trimmwinkel ableitet, die man auf das Flugzeug anwendet und die:
  • – wenn die Zeitdauer T kleiner oder gleich der Nennzeitdauer Tnom ist, der nominalen Vorgabefunktion entspricht; und
  • – wenn die Zeitdauer T größer ist als die Nennzeitdauer Tnom, einer geänderten Vorgabefunktion entspricht, die so ausgelegt ist, dass bei einer Zeitdauer T nach der Betätigung des Steuerorgans durch den Piloten der Trimmwinkel des Flugzeugs ungefähr genauso groß ist wie der Nennwert &thgr;nom.

Dank der Erfindung wendet man also, wenn die Gefahr besteht, dass der Rumpf des Flugzeugs den Boden berührt, wenn die Trimmklappe durch eine nominale (theoretische) Vorgabefunktion gesteuert wird, eine geänderte Vorgabefunktion auf die Trimmklappe an, die solch einen Bodenkontakt verhindert.

Folglich besteht keine Gefahr des Bodenkontakts mehr, was natürlich einen bedeutenden Vorteil im Bezug auf die Sicherheit darstellt.

Außerdem wird die nominale Vorgabefunktion, im Gegensatz zu der Lösung, die im vorstehend genannten Patent FR-2 711 257 vorgeschlagen wird, nur dann geändert, wenn dies aus Sicherheitsgründen tatsächlich notwendig ist. Andernfalls wird das Flugzeug stets gemäß der nominalen Vorgabefunktion gesteuert, was den Vorteil hat (wie im Folgenden zu sehen ist), dass die Betätigung des Steuerungsorgans durch den Piloten getreuer wiedergegeben wird.

Vorzugsweise folgt die geänderte Vorgabefunktion der nominalen Vorgabefunktion deutlich für eine Zeitdauer von 3T/4 nach der Betätigung des Steuerorgans durch den Piloten. Danach weicht sie von dieser nominalen Vorgabefunktion ab, so dass bei der Zeitdauer T der Trimmwinkel des Flugzeugs ungefähr genauso groß ist wie der Nennwert.

Die geänderte Vorgabefunktion bleibt also für einen Großteil der Zeit zwischen tr und tr + T nahe an der nominalen (theoretischen) Vorgabefunktion. Dies hat für den Piloten den Vorteil, dass er so lange wie möglich eine Rückmeldung über die Wirkung der Betätigung des Steuerorgans erhält.

Außerdem bestimmt man vorteilhafterweise den Zustand von mindestens einem Parameter des Flugzeugs, der einen von mindestens zwei Zuständen annehmen kann, und man verwendet für jeden der Zustände des Parameters eine andere nominale Vorgabefunktion und ein andere geänderte Vorgabefunktion. In diesem Fall, wenn das Flugzeug mit mindestens zwei Triebwerken ausgestattet ist, ist der Parameter vorzugsweise relativ zur Funktion der Triebwerke, wobei einer der Zustände der normalen Funktion aller Triebwerke entspricht und der andere Zustand einem Ausfall eines der Triebwerke entspricht.

Gemäß der Erfindung bestimmt man in der vorstehend genannten Stufe a) die Zeitdauer T in Abhängigkeit von den Flugzeugparametern, der Beschleunigung des Flugzeugs im Moment der Betätigung des Steuerorgans durch den Piloten und dem Zustand der Flugzeugtriebwerke. Dies kann wie folgt durchgeführt werden:

  • – durch die Lösung der folgenden Gleichung:
    wobei gilt:
  • • tr ist der Moment, in dem der Pilot das Steuerorgan betätigt; und
  • • Acc stellt die Beschleunigung des Flugzeugs dar; oder
  • – anhand des folgenden vereinfachten Ausdrucks: T = (Vlofmin – Vr)/Amoy, wobei Amoy die Durchschnittsbeschleunigung des Flugzeugs zwischen den Geschwindigkeiten Vr und Vlofmin ist. Man bestimmt diese Durchschnittsbeschleunigung Amoy vorzugsweise, indem man die Beschleunigung, die in dem Moment gemessen wird, in dem der Pilot das Steuerorgan betätigt, mit einem zuvor definierten Koeffizienten k multipliziert, der kleiner ist als 1.

Außerdem bestimmt man vorzugsweise die Geschwindigkeit Vlofmin, die zur Bestimmung der Zeitdauer T verwendet wird, in Abhängigkeit von der Masse des Flugzeugs, seiner Konfiguration, dem Zustand seiner Triebwerke und seiner Umgebung.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zur Steuerung mindestens einer Trimmklappe eines Flugzeugs während der Startphase.

Gemäß der Erfindung zeichnet sich die Vorrichtung des Typs mit:

  • – einem Steuerorgan, beispielsweise einem Joystick, das von einem Piloten betätigt werden kann und an eine Vorrichtung angeschlossen ist (insbesondere einem Positionsmelder), die ein Signal liefert, das solch eine Betätigung wiedergibt;
  • – Bordcomputern, um zumindest ausgehend von dem Signal eine Vorgabefunktion zu bestimmen;
  • – Antriebsvorrichtungen, beispielsweise ein Elektromotor oder ein Zylinder, um die Trimmklappe in Abhängigkeit von einer Vorgabefunktion zu steuern, die von den Bordcomputern empfangen wird,
dadurch aus, dass die Antriebsvorrichtungen die Trimmklappe steuern, zumindest zwischen dem Moment der ersten Betätigung des Steuerorgans durch den Piloten, mit der er die Trimmklappe so steuert, dass sich der Trimmwinkel zwischen der Längsachse des Flugzeugs und dem Boden bei einer Geschwindigkeit Vr beim Rollen auf dem Boden vergrößert, und dem Moment, in dem die letzten Räder des Flugzeugs bei einer Geschwindigkeit Vlof den Boden verlassen, und dass die Bordcomputer Folgendes aufweisen:
  • – Vorrichtungen, um die Zeitdauer T zu bestimmen, die nötig ist, damit das Flugzeug von der Geschwindigkeit Vr zur Geschwindigkeit Vlofmin übergeht;
  • – Vorrichtungen, um diese Zeitdauer T mit einer Nennzeitdauer Tnom zu vergleichen, die der Zeitdauer entspricht, die nötig ist, damit das Flugzeug von einem Trimmwinkel &thgr;r beim Rollen (bei der Geschwindigkeit Vr) zu einem Trimmwinkel mit dem Nennwert &thgr;nom bei einem Nennstart übergeht, bei dem der Trimmwinkel gemäß einer nominalen (theoretischen) Vorgabefunktion gesteuert wird, wobei dieser Nennwert ènom um eine vorher definierte Toleranzspanne kleiner ist als ein kritischer Wert &thgr;q des Trimmwinkels, bei dem das Flugzeug mit einem hinteren Teil seines Rumpfes den Boden berührt; und
  • – Vorrichtungen, um von diesem Vergleich die Vorgabefunktion für den Trimmwinkel abzuleiten, die an die Antriebsvorrichtungen übertragen wird, wobei diese Vorgabefunktion:
  • • wenn die Zeitdauer T kleiner oder gleich der Nennzeitdauer Tnom ist, der nominalen Vorgabefunktion entspricht; und
  • • wenn die Zeitdauer T größer ist als die Nennzeitdauer Tnom, einer geänderten Vorgabefunktion entspricht, die so ausgelegt ist, dass der Trimmwinkel des Flugzeugs bei einer Zeitdauer T nach der Betätigung des Steuerorgans durch den Piloten ungefähr genauso groß wie der Nennwert ist.

Aus den Figuren der Zeichnungen im Anhang ist ersichtlich, wie die Erfindung ausgeführt sein kann. Ähnliche Elemente sind in diesen Figuren mit gleichen Bezugszeichen beschriftet.

1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Die 2A bis 2C veranschaulichen unterschiedliche Positionen eines Flugzeugs, das beim Starten auf dem Boden rollt.

3 ist eine graphische Darstellung, die unterschiedliche Vorgabefunktionen des Trimmwinkels veranschaulicht und die Wirkung, die durch die Erfindung erzeugt wird, verständlich macht.

Die Vorrichtung 1, die der Erfindung entspricht und schematisch in 1 dargestellt ist, dient der Steuerung einer oder mehrerer Trimmklappen 2, die die Steuerung eines Flugzeugs Av, insbesondere eines Passagierflugzeugs, das in den 2A bis 2C dargestellt ist, im Bezug auf die Höhe kontrollieren.

Diese Vorrichtung 1 weist bekanntermaßen Folgendes auf:

  • – ein Steuerorgan 3, beispielsweise als Joystick ausgeführt, das, wie durch einen Doppelpfeil E dargestellt, von einem Piloten betätigt werden kann, und das an eine gewöhnliche Vorrichtung 4 angeschlossen ist, beispielsweise an einen Positionsmelder, die ein elektrisches Signal liefert, das solch eine Betätigung wiedergibt;
  • – Bordcomputer 5, die mittels einer Leitung 6 mit den Vorrichtungen 4 verbunden sind, um zumindest anhand des elektrischen Signals eine Vorgabefunktion zu bestimmen; und
  • – Antriebsvorrichtungen 7 (beispielsweise Elektromotor oder Zylinder), um die Trimmklappe 2 zu steuern, damit sie sich, wie mit einem Doppelpfeil F veranschaulicht, in Abhängigkeit von einer Vorgabefunktion, die von den Bordcomputern 5 empfangen wird, um ihre Drehachse 2A dreht.

Diese Vorrichtung 1 ist gemäß der Erfindung weiterentwickelt, um zu verhindern, dass das Flugzeug Av beim Starten den Boden S berührt.

Es ist bekannt, dass die Startphase insbesondere die folgenden Stufen umfasst:

  • – eine Beschleunigungsstufe, die in 2A veranschaulicht wird, in der das Flugzeug Av (mit einer Geschwindigkeit V) auf der Startpiste rollt, wobei sich die Räder 8 des Bugfahnnrerks 9 und die Räder 10 des Hauptfahrwerks 11 auf dem Boden S der Startpiste bewegen, wenn es beschleunigt wird;
  • – eine Stufe, die in 2B veranschaulicht wird, die zu einer Zeit tr anfängt, zu der der Pilot das Steuerorgan 3 betätigt, um die Trimmklappe 2 so zu steuern, dass sich der Trimmwinkel &thgr; des Flugzeugs Av vergrößert, der dem Winkel zwischen der Längsachse L des Flugzeugs Av und dem Boden S entspricht, was dazu führt, dass das Flugzeug Av, dessen Bugfahrwerk 9 vom Boden abhebt, nach oben zieht, wobei das Flugzeug Av mit Hilfe seines Hauptfahrwerks 11 weiterhin auf der Startpiste S rollt. Das Flugzeug Av befindet sich zu diesem Zeitpunkt immer noch in der Beschleunigungsphase. Diese Betätigung findet statt, wenn das Flugzeug mit einer Geschwindigkeit Vr auf dem Boden rollt; und
  • – eine Stufe des tatsächlichen Starts, wenn das Flugzeug Av eine spezielle Geschwindigkeit Vlof erreicht, wobei nun auch die Räder 10 des Hauptfahrwerks 11 die Startpiste S verlassen.

Vor der Beendigung der Startphase, solange das Flugzeug Av noch auf der Startpiste S rollt, besteht jedoch die Gefahr, dass das Flugzeug Av mit dem hinteren Teil 12 seines Rumpfes F die Startpiste S berührt, wenn der Wert des Trimmwinkel &thgr; zu groß ist, und dass er (größer oder) gleich einem kritischen Wert &thgr;q des Trimmwinkels ist, bei dem es zu Bodenkontakt kommt. Dieser kritische Wert &thgr;q wird in 2C veranschaulicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 erlaubt es, solch eine Gefahr auszuschließen und dadurch zu verhindern, dass der hintere Teil 12 des Rumpfes F des Flugzeugs Av beim Starten den Boden S berührt.

Zu diesem Zweck weisen die Bordcomputer 5 der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung Folgendes auf:

  • – Vorrichtungen 13, um die Zeitdauer T zu bestimmen, die nötig ist, damit das Flugzeug Av von der Geschwindigkeit Vr zur Geschwindigkeit Vlofmin übergeht;
  • – Vorrichtungen 14, um diese Zeitdauer T mit einer Nennzeitdauer Tnom zu vergleichen, die der Zeitdauer entspricht, die nötig ist, damit das Flugzeug Av vom Trimmwinkel &thgr;r (nicht explizit dargestellt, aber nahe an null und in dem Beispiel, das in 3 veranschaulicht wird, sogar etwas kleiner als null) bei der Geschwindigkeit Vr zu einem Nennwert &thgr;nom bei einem Nennstart übergeht, bei dem der Trimmwinkel &thgr; gemäß einer nominalen (theoretischen) Vorgabefunktion gesteuert wird, wobei dieser Nennwert &thgr;nom um eine vorher definierte Toleranzspanne (vorzugsweise 2°) kleiner ist als ein kritischer Wert &thgr;q des Trimmwinkels, bei dem das Flugzeug Av mit dem hinteren Teil 12 seines Rumpfes F den Boden S berührt; und
  • – Vorrichtungen 15, um von diesem Vergleich die Vorgabefunktion des Trimmwinkels &thgr; abzuleiten, die an die Antriebsvorrichtungen 7 übertragen wird, wobei diese Vorgabefunktion:
  • • wenn die Zeitdauer T kleiner oder gleich der Nennzeitdauer Tnom ist, der nominalen theoretischen Vorgabefunktion entspricht; und
  • • wenn die Zeitdauer T größer ist als die Nennzeitdauer Tnom, einer geänderten Vorgabefunktion entspricht, die so ausgelegt ist, dass bei einer Zeitdauer T nach der Betätigung des Steuerorgans 3 durch den Piloten (die bei t = tr stattfindet), also im Moment t = tr + T, der Trimmwinkel &thgr; des Flugzeugs Av deutlich genauso groß ist wie der Nennwert ènom.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist gut zu verstehen, wenn man sich die Graphik in 3 ansieht.

In dieser 3 veranschaulicht die Kurve A die nominale Vorgabefunktion des Trimmwinkels &thgr;. Gemäß dieser nominalen Vorgabefunktion ändert sich der Trimmwinkel &thgr; in Abhängigkeit von der Zeit t ab dem Moment tr (Betätigung des Steuerorgans 3 durch den Piloten), in dem der Winkel &thgr; etwas kleiner ist als null, da sich das Flugzeug Av zu diesem Zeitpunkt vorne leicht nach unten neigt. Des Weiteren nimmt der Trimmwinkel &thgr; zum Zeitpunkt t = tr + Tnom den Nennwert &thgr;nom an, der definitionsgemäß kleiner ist als der kritische Wert &thgr;q, bei dem der hintere Teil 12 des Rumpfes F des Flugzeugs Av den Boden S berührt. Natürlich hängt der kritische Wert &thgr;q von der Höhe des Hauptfahrwerks 11 und dem Abstand zwischen dem Teil 12 und dem Hauptfahrwerk 11 ab und lässt sich für jedes Flugzeug Av leicht bestimmen.

Gemäß der Erfindung, wenn die Zeitdauer T (Zeitdauer zwischen der Betätigung des Steuerorgans 3 und dem Moment, in dem das Flugzeug Av den Boden S verlässt) kleiner ist als die Zeitdauer Tnom (oder genauso groß), ist der maximale Trimmwinkel, den man zur Zeit t = tr + T erhält, wenn das Flugzeug den Boden verlässt, kleiner als (oder genauso groß wie) der Nennwinkel &thgr;nom. In diesem Fall besteht also keine Kontaktgefahr mit dem Boden S. Daher kann man in diesem Fall in aller Ruhe die nominale Vorgabefunktion A verwenden.

Wenn die Zeitdauer T hingegen, wie in 3 als Beispiel dargestellt, größer ist als die Zeitdauer Tnom, muss eine geänderte Vorgabefunktion verwendet werden, wie beispielsweise die Funktion B. In der Tat nimmt im Beispiel der 3 der Trimmwinkel &thgr; gemäß der Funktion A bei einer Zeit t = tr + Tq (das heißt vor der Zeit t = tr + T, zu der das Flugzeug Av den Boden verlässt) den Wert &thgr;q an, der den Bodenkontakt veranschaulicht.

Wenn man jedoch zur Zeit t = tr + T die geänderte Vorgabefunktion B verwendet, nimmt der Trimmwinkel den Nennwert &thgr;nom an. Der Start erfolgt also ohne Gefahr, dass es zu Kontakt mit dem Boden S kommt, wenn diese geänderte Vorgabefunktion B verwendet wird.

Vorzugsweise verwendet man jedoch die geänderte Vorgabefunktion C, die, wie in 3 zu sehen ist, für eine bedeutende Zeitdauer nach der Betätigung des Steuerorgans 3 durch den Piloten, beispielsweise in der Größenordnung 3T/4, deutlich der nominalen Vorgabefunktion A folgt und dann von dieser nominalen Vorgabefunktion A abweicht, so dass bei der Zeitdauer T (Zeit t = tr + T) der Trimmwinkel &thgr; des Flugzeugs Av deutlich genauso groß ist wie der Nennwert &thgr;nom.

Die geänderte Vorgabefunktion C bleibt also für einen Großteil der Zeit zwischen t = tr und t = tr + T nahe an der nominalen (theoretischen) Vorgabefunktion A. Dies hat für den Piloten den Vorteil, dass er so lange wie möglich eine Rückmeldung über die Wirkung der Betätigung des Steuerungsorgans 3 erhält.

Um ein Beispiel zu nennen, kann die Kurve A einer Vorgabefunktion entsprechen, wie sie beispielsweise im Patent FR-2 711 257 vor der Abschwächung verwendet wird. Die Kurve B wird im Vergleich zur Kurve A abgeschwächt, indem auf diese beispielsweise ein Koeffizient CO < 1 angewendet wird. Und die Kurve C kann beispielsweise wie folgt definiert werden:

In einer besonderen Ausführungsform bestimmt man den Zustand von mindestens einem Parameter des Flugzeugs Av, der einen von mindestens zwei Zuständen annehmen kann, und man verwendet für jeden der Zustände des Parameters eine andere nominale Vorgabefunktion und eine andere geänderte Vorgabefunktion. In diesem Fall, wenn das Flugzeug Av mit mindestens zwei, hier nicht dargestellten Triebwerken ausgestattet ist, ist der Parameter vorzugsweise relativ zur Funktion der Triebwerke, wobei einer der Zustände der normalen Funktion aller Triebwerke entspricht und der andere Zustand einem Ausfall eines der Triebwerke entspricht.

Außerdem wird gemäß der Erfindung die für die Berechnung von T berücksichtigte Geschwindigkeit Vlofmin gemäß einem gewöhnlichen, den Luftfahrtspezialisten bekannten Rechenverfahren bestimmt, bei dem die Masse des Flugzeugs Av, seine Konfiguration (Stellung der Klappen, etc.), der Zustand der Triebwerke (AEO: „All Engine Operative": alle Triebwerke funktionieren/OEI: „One Engine Inoperative": ein Triebwerk ist ausgefallen) und seine Umgebung (atmosphärische Bedingungen, Piste, etc.) berücksichtigt werden.

Außerdem kann die Zeitdauer T gemäß der folgenden Methode berechnet werden:

  • – für t > tr erhält man:
    wobei V für die Geschwindigkeit steht und Acc die momentane Beschleunigung des Flugzeugs Av ist,
  • – beim Starten (t = T) erhält man auch: V(T) = Vlofmin(2)
  • – von den beiden vorstehenden Gleichungen (1) und (2) leitet man wie folgt ab:
  • – diese letzte Gleichung (3) kann auch wie folgt umgeschrieben werden:

Mit der Lösung dieser Gleichung (4) kann die Zeitdauer T berechnet werden. Dazu muss man natürlich die Entwicklung der Beschleunigung Acc von tr zu T kennen. Diese Entwicklung der Beschleunigung hängt von zahlreichen Parametern ab, die den Luftfahrtspezialisten bekannt sind und an Bord des Flugzeugs Av zur Verfügung stehen, wie zum Beispiel der Schub der Triebwerke und die Stellung der Ruder 2 (diese Parameter resultieren aus der Anwendung der Vorgabefunktion), die Geschwindigkeit Vr, die Beschleunigung Acc(tr), die atmosphärischen Bedingungen, die Masse des Flugzeugs Av, etc.

Falls man die Berechnung der Zeitdauer T vereinfachen möchte, kann ein Näherungswert dieser Zeitdauer berechnet werden, indem man den folgenden Ausdruck verwendet: T = (Vlofmin – Vr)/Amoy(5) wobei Amoy die durchschnittliche Beschleunigung auf das Zeitintervall [tr; tr + T) ist, das heißt wenn die Geschwindigkeit von Vr zu Vlofmin übergeht. In der Praxis kann diese durchschnittliche Beschleunigung Amoy geschätzt werden, indem man auf die Beschleunigung Acc(tr), gemessen im Moment tr bei einer Geschwindigkeit Vr, einen Koeffizienten k < 1 anwendet. Bei einem modernen Passagierflugzeug mit vier Strahltriebwerken des Typs „Airbus A340" zum Beispiel zeigen die Berechnungen, dass ein Durchschnittswert von k ≈ 0,8 in der Praxis den Betriebsbedingungen gerecht wird. Der Koeffizient k kann jedoch, falls nötig, eine Variable von einigen sehr einflussreichen Parametern sein. Dieser Koeffizient k erlaubt es, die Abnahme der Beschleunigung nach dem Moment tr aufgrund des Anstiegs des aerodynamischen Widerstands des Flugzeugs Av, die durch den Trimmwinkel &thgr; des Flugzeugs bedingt ist, und die Entwicklung des Triebwerkschubs mit der Geschwindigkeit zu berücksichtigen.

Man wird feststellen, dass die Durchschnittsgeschwindigkeit Amoy neu berechnet wird, wenn die Parameter des Flugzeugs während der Startphase zwischen tr und tr + T wechseln (beispielsweise aufgrund eines Triebwerkausfalls), um einen neuen Wert für T zu bestimmen und nötigenfalls die Vorgabefunktion zu ändern.

Bei einem gegebenen Flugzeugtyp erlaubt es die Anwendung einer Vorgabefunktion &thgr;(t), die Zeit Tnom zu berechnen, die dem Trimmwinkel &thgr;nom entspricht. Da man im Allgemeinen, je nach Zustand der Triebwerke („AEO"/„OEI"), zwei verschiedene Steuergesetze anwendet, berechnet man a priori die beiden Werte von Tnom, die den beiden Zuständen „AEO" und „OEI" der Triebwerke entsprechen (wenn man dazu veranlasst wird, andere Vorgabefunktionen, je nach den Parameterwerten des jeweiligen Flugzeugs, zu verwenden, ist es natürlich angebracht, genauso viele Werte für Tnom zu berechnen, wie es mögliche Vorgabefunktionen gibt). Im Falle eines Passagierflugzeugs mit vier Strahltriebwerken zum Beispiel kann die Zeit Tnom für die Konfiguration AEO gleich ca. 5 Sekunden sein und für die Konfiguration OEI gleich ca. 6 Sekunden.

In der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform weisen die Bordcomputer 5 Vorrichtungen 16 auf, die die Zeitdauer T bestimmen, wenn der Pilot das Steuerorgan 3 (Verbindung 6) betätigt. Diese Vorrichtungen 16 berechnen die Zeitdauer T unter Verwendung der vorstehend genannten Beziehung (5): T = (Vlofmin – Vr)/Amoy.

Zu diesem Zweck sind sie mit Hilfe der Leitung 17 bzw. 19 mit den folgenden Vorrichtungen verbunden:

  • – gewöhnliche Vorrichtungen 20 zur Bestimmung, insbesondere zur Messung, der Geschwindigkeit Vr;
  • – Vorrichtungen 21, um auf gewöhnliche Weise anhand von Informationen (Masse und Konfiguration des Flugzeugs Av, Zustand der Triebwerke, etc.), die mit Hilfe einer Verbindung 22 empfangen werden, die Geschwindigkeit Vlofmin zu bestimmen; und
  • – Vorrichtungen 23, um auf gewöhnliche Weise anhand von Informationen (Zustand der Triebwerke, Beschleunigung auf die Geschwindigkeit Vr, etc.), die mit Hilfe einer Verbindung 24 empfangen werden, die Durchschnittsgeschwindigkeit Amoy zu bestimmen.

Die Zeitdauer T, die von den Vorrichtungen 16 bestimmt wird, wird mittels einer Verbindung 25 an eine Vorrichtung 26 übertragen, die diese, je nach Zustand der Triebwerke, an die folgenden Vorrichtungen überträgt:

  • – entweder, wenn alle Triebwerke funktionieren (Konfiguration „AEO"), mittels einer Verbindung 28 an eine Vergleichsvorrichtung 27;
  • – oder, bei Ausfall eines Triebwerks (Konfiguration „OEI"), mittels einer Verbindung 30 an eine Vergleichsvorrichtung 29.

Die Vorrichtung 27 vergleicht die Zeitdauer T mit der Nennzeitdauer Tnom, die der Konfiguration AEO entspricht (beispielsweise 5 Sekunden), und:

  • – wenn T größer ist als Tnom, wird ein Befehl an eine Vorrichtung 32 übertragen (Verbindung 31), damit diese an die Triebwerke 7 eine geänderte Vorgabefunktion liefert (Verbindung 33), beispielsweise die Funktion B oder die Funktion C; und
  • – wenn T kleiner oder gleich Tnom ist, wird ein Befehl an eine Vorrichtung 35 übertragen (Verbindung 34), damit diese an die Triebwerke 7 die nominale Vorgabefunktion (Funktion A) liefert.

Ebenso vergleicht die Vorrichtung 29 die Zeitdauer T mit der Nennzeitdauer Tnom für die Konfiguration OEI, die im Allgemeinen anders ist (beispielsweise 6 Sekunden), und:

  • – wenn T größer ist als Tnom, wird ein Befehl an eine Vorrichtung 38 übertragen (Verbindung 37), damit diese an die Triebwerke 7 eine geänderte Vorgabefunktion liefert (Verbindung 39); und
  • – andernfalls wird ein Befehl an die Vorrichtung 35 übertragen (Verbindung 40), um die Übertragung der nominalen Vorgabefunktion zu veranlassen.

Die Vorrichtungen 16, 20, 21 und 23 entsprechen den vorstehend genannten Vorrichtungen 13, die Vorrichtungen 26, 27 und 29 entsprechen den vorstehend genannten Vorrichtungen 14, und die Vorrichtungen 32, 35 und 38 entsprechen den vorstehend genannten Vorrichtungen 15.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Steuerung mindestens einer Trimmklappe eines Flugzeugs während der Startphase,

    dadurch gekennzeichnet, dass man bei der Beschleunigung des Flugzeugs (Av), das zum Zwecke des Startens auf dem Boden (S) rollt, sobald ein Pilot ein Steuerorgan (3) betätigt, um die Trimmklappe (2) so zu steuern, dass sich der Trimmwinkel (&thgr;) zwischen der Längsachse des Flugzeugs (Av) und dem Boden (S) vergrößert, wenn es mit einer Geschwindigkeit Vr auf dem Boden rollt:

    a) eine Geschwindigkeit Vlofmin bestimmt, bei der die letzten Räder (10) des Flugzeugs (Av) den Boden (S) verlassen, wenn es sich um einen Start handelt, bei dem der Trimmwinkel (&thgr;) gemäß einer nominalen Vorgabefunktion gesteuert wird und bei dieser Geschwindigkeit Vlofmin einen Nennwert (&thgr;nom) aufweist, der um eine vorher definierte Toleranzspanne kleiner ist als ein kritischer Wert (&thgr;q) des Trimmwinkels, bei dem das Flugzeug (Av) mit einem hinteren Teil (12) seines Rumpfes (F) den Boden berührt;

    b) die Zeitdauer T bestimmt, die das Flugzeug (Av) benötigt, um von der Geschwindigkeit Vr auf diese Geschwindigkeit Vlofmin zu kommen;

    c) diese Zeitdauer T mit einer Nennzeitdauer Tnom vergleicht, die der Zeitdauer entspricht, die das Flugzeug (Av) benötigt, um gemäß einer nominalen Vorgabefunktion von einem Trimmwinkel beim Rollvorgang mit der Geschwindigkeit Vr zu einem Trimmwinkel mit dem Nennwert (&thgr;nom) überzugehen; und

    d) aus diesem Vergleich eine Vorgabefunktion (A, B, C) für den Trimmwinkel (&thgr;) ableitet, die man auf das Flugzeug (Av) anwendet und die:

    – wenn die Zeitdauer T kleiner oder gleich der Nennzeitdauer Tnom ist, der nominalen Vorgabefunktion (A) entspricht; und

    – wenn die Zeitdauer T größer ist als die Nennzeitdauer Tnom, einer geänderten Vorgabefunktion (B, C) entspricht, die so ausgelegt ist, dass bei einer Zeitdauer T nach der Betätigung des Steuerorgans (3) durch den Piloten der Trimmwinkel (&thgr;) des Flugzeugs (Av) ungefähr genauso groß ist wie der Nennwert (&thgr;nom).
  2. Verfahren nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet, dass die geänderte Vorgabefunktion (C) für eine Dauer von 3T/4 nach der Betätigung des Steuerorgans (3) durch den Piloten deutlich der nominalen Vorgabefunktion (A) folgt und dann von dieser nominalen Vorgabefunktion A) abweicht, so dass bei der Zeitdauer T der Trimmwinkel (&thgr;) des Flugzeugs (Av) ungefähr genauso groß ist wie der Nennwert (&thgr;nom).
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2,

    dadurch gekennzeichnet, dass man den Zustand von mindestens einem Parameter des Flugzeugs (Av) bestimmt, der einen von mindestens zwei Zuständen annehmen kann, und man für jeden der Zustände des Parameters eine andere nominale Vorgabefunktion und ein andere geänderte Vorgabefunktion verwendet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,

    dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Flugzeug (Av), das mit mindestens zwei Triebwerken ausgestattet ist, der Parameter relativ zur Funktion der Triebwerke ist, wobei einer der Zustände der normalen Funktion aller Triebwerke entspricht und der andere Zustand einem Ausfall eines der Triebwerke entspricht.
  5. Verfahren nach einem der vorstehend genannten Ansprüche,

    dadurch gekennzeichnet, dass man in Stufe a) die Zeitdauer T in Abhängigkeit von Parametern des Flugzeugs (Av), der Beschleunigung des Flugzeugs (Av) im Moment der Betätigung des Steuerorgans (3) durch den Piloten und dem Zustand der Triebwerke des Flugzeugs (Av) bestimmt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

    dadurch gekennzeichnet, dass man in Stufe a) die Zeitdauer T bestimmt, indem man die folgende Gleichung löst:
    wobei gilt:

    – tr ist der Moment, in dem Pilot das Steuerorgan (3) betätigt; und

    – Acc stellt die Beschleunigung des Flugzeugs (Av) dar.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man in Stufe a) die Zeitdauer T anhand des folgenden Ausdrucks bestimmt: T = (Vlofmin – Vr)/Amoy, wobei Amoy die durchschnittliche Beschleunigung des Flugzeugs (Av) zwischen den Geschwindigkeiten Vr und Vlofmin ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,

    dadurch gekennzeichnet, dass man die durchschnittliche Beschleunigung Amoy bestimmt, indem man die Beschleunigung, die in dem Moment gemessen wird, in dem der Pilot das Steuerorgan (3) betätigt, mit einem zuvor definierten Koeffizienten k multipliziert, der kleiner ist als 1.
  9. Verfahren nach einem der vorstehend genannten Ansprüche,

    dadurch gekennzeichnet, dass man die Geschwindigkeit Vlofmin, die zur Bestimmung der Zeitdauer T verwendet wird, in Abhängigkeit von der Masse des Flugzeugs (Av), seiner Konfiguration, dem Zustand seiner Triebwerke und seiner Umgebung bestimmt.
  10. Vorrichtung zur Steuerung mindestens einer Trimmklappe (2) eines Flugzeugs (Av) während der Startphase, wobei die Vorrichtung (1) Folgendes aufweist:

    – ein Steuerorgan (3), das von einem Piloten betätigt werden kann und an eine Vorrichtung (4) angeschlossen ist, die ein Signal liefert, das solch eine Betätigung wiedergibt;

    – Bordcomputer (5), um zumindest ausgehend von dem Signal eine Vorgabefunktion (A, B, C) zu bestimmen; und

    – Antriebsvorrichtungen (7), um die Trimmklappe (2) in Abhängigkeit von einer Vorgabefunktion (A, B, C) zu steuern, die von den Bordcomputern (5) empfangen wird,

    dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtungen (7) die Trimmklappe (2) zumindest zwischen dem Moment der ersten Betätigung des Steuerorgans (3) durch den Piloten steuern, mit der dieser die Trimmklappe (2) so steuert, dass sich der Trimmwinkel zwischen der Längsachse des Flugzeugs (Av) und dem Boden (S) bei einer Geschwindigkeit Vr beim Rollen auf dem Boden vergrößert, und dem Moment, in dem die letzten Räder (10) des Flugzeugs (Av) bei einer Rollgeschwindigkeit Vlof den Boden (S) verlassen, und dass die Bordcomputer (5) die folgenden Vorrichtungen aufweisen:

    – Vorrichtungen (13), um die Zeitdauer T zu bestimmen, die nötig ist, damit das Flugzeug (Av) von der Geschwindigkeit Vr zur Geschwindigkeit Vlofmin übergeht;

    – Vorrichtungen (14), um diese Zeitdauer T mit einer Nennzeitdauer Tnom zu vergleichen, die der Zeitdauer entspricht, die nötig ist, damit das Flugzeug (Av) von einem Roll-Trimmwinkel zu einem Winkel mit dem Nennwert (ènom) bei einem Nennstart übergeht, bei dem der Trimmwinkel (&thgr;) gemäß einer nominalen Vorgabefunktion (A) gesteuert wird, wobei dieser Nennwert (&thgr;nom) um eine vorher definierte Toleranzspanne kleiner ist als ein kritischer Wert (&thgr;q) des Trimmwinkels, bei dem das Flugzeug (Av) mit einem hinteren Teil (12) seines Rumpfes (F) den Boden (S) berührt; und

    – Vorrichtungen (15), um von diesem Vergleich die Vorgabefunktion (A, B, C) des Trimmwinkels (&thgr;) abzuleiten, die an die Antriebsvorrichtungen (7) übertragen wird, wobei diese Vorgabefunktion:

    • wenn die Zeitdauer T kleiner oder gleich der Nennzeitdauer Tnom ist, der nominalen Vorgabefunktion (A) entspricht; und

    • wenn die Zeitdauer T größer ist als die Nennzeitdauer Tnom, einer geänderten Vorgabefunktion (B, C) entspricht, die so ausgelegt ist, dass bei einer Zeitdauer T nach der Betätigung des Steuerorgans (3) durch den Piloten der Trimmwinkel (&thgr;) des Flugzeugs (Av) ungefähr genauso groß ist wie der Nennwert (&thgr;nom).
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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