DE19719591C2 - Passive joystick for aircraft - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen passiven Steuerknüppel für Flugzeuge, bei welchem bei einer Auslenkung des Steuer knüppels aus einer Ausgangsstellung durch Federglieder eine von der Auslenkung des Steuerknüppels abhängige Rückstellkraft erzeugbar ist und bei welchem Dämpfungs mittel zur Dämpfung der Rückbewegung des Steuerknüp pels in die Ausgangsstellung vorgesehen sind.The invention relates to a passive joystick for Aircraft, in the event of a tax deflection sticks from a starting position by spring links one dependent on the deflection of the joystick Restoring force can be generated and at what damping means to dampen the return movement of the control knot pels are provided in the starting position.
Die Bewegung passiver Steuerknüppel wird durch Ab griffe abgetastet und in Steuersignale umgesetzt. Auf den Steuerknüppel würde dabei praktisch keine Kraft wirken. Damit hätte aber der Pilot auch kein "Gefühl" für die Größe des von ihm über den Steuerknüppel gegebene Steuersi gnals. Daher sind Federglieder oder andere krafterzeugende Mittel vorgesehen, welche auf den Steuerknüppel eine von der Auslenkung aus einer Ausgangslage abhängige Rück stellkraft ausüben. Diese krafterzeugenden Mittel haben üb licherweise eine nichtlineare und häufig zur Ausgangslage unsymmetrische Kennlinie. Beim Loslassen des Steuer knüppels würde dieser ungedämpft in die Ausgangslage zu rückgeführt. Es würden unzulässige Schwingungen auftre ten. Deshalb sind Dämpfungsmittel vorgesehen, welche die Bewegung des Steuerknüppels dämpfen.The movement of passive sticks is controlled by Ab handles scanned and converted into control signals. On the Joysticks would have practically no force. However, the pilot would not have a "feeling" for the size the taxi he gave over the joystick gnals. Therefore spring elements or other force-generating Means are provided which one of the control stick the deflection dependent from a starting position exercise power. These force-generating agents have been used certainly a non-linear and often to the starting point asymmetrical characteristic. When you let go of the tax bludgeon would undamped to the starting position returned. Inadmissible vibrations would occur Therefore damping means are provided, which the Cushion the movement of the control stick.
An solche Dämpfungsmittel werden besondere Anforde rungen gestellt. Die Dämpfungsmittel müssen ein tempera turkonstantes Verhalten zeigen. Die durch die Federglieder erzeugten Rückstellkräfte dürfen durch die Dämpfungsmit tel nicht beeinflußt werden. Der Steuerknüppel soll sich nach dem Loslassen schnell und ohne Überschwingen in seine Ausgangsstellung zurückstellen. Zum Erreichen der Ausgangsstellung soll nur minimale Reibung zu überwinden sein. Es dürfen keine Slip-Stick-Effekte auftreten. Die Dämpfungsmittel sollen hohe Ausfallsicherheit zeigen.Such damping agents have special requirements stakes. The damping agents must have a tempera Show constant behavior. The through the spring links The restoring forces generated by the damping tel are not influenced. The joystick should after releasing it quickly and without overshoot reset its starting position. To reach the Starting position is intended to overcome minimal friction his. No slip-stick effects may occur. The Damping agents should show high reliability.
Bekannte Dämpfungsmittel für diese Zwecke sind "Öl bremsen", die während der Bewegung des Steuerknüppels eine ständige und gleichbleibende Dämpfung verursachen. Die Ölbremsen haben in beiden Bewegungsrichtung die gleiche Dämpfungskonstante. Die Ölbremsen erfordern ge naue Kolbenpassungen in einem Zylinder.Known damping agents for these purposes are "oil brake "during the movement of the joystick cause constant and constant damping. The oil brakes have the in both directions same damping constant. The oil brakes require ge accurate piston fits in a cylinder.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Dämp fungs-Verhalten von passiven Steuerknüppeln der eingangs genannten Art zu verbessern.The invention is based, the damper behavior of passive control sticks at the beginning to improve the type mentioned.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dämpfungsmittel eine nicht-lineare Dämpfungs-Kennli nie aufweisen.According to the invention this object is achieved in that the damping means a non-linear damping characteristic never have.
Es ist dann möglich, daß die Dämpfungsmittel relativ kleine Dämpfung für große Auslenkungen des Steuerknüp pels und relativ große Dämpfung für kleine Auslenkungen des Steuerknüppels bewirken.It is then possible for the damping means to be relative small damping for large deflections of the control knot pels and relatively large damping for small excursions of the control stick.
Dann wird die Bewegung des Steuerknüppels bei größe ren Auslenkungen nur wenig durch die Dämpfung beein flußt. Beim Rückstellen in die Ausgangsstellung wird je doch eine starke Dämpfung wirksam, die ein Überschwin gen verhindert.Then the movement of the joystick at size only slightly affected by the damping flows. When returning to the starting position strong damping is effective, which is an overshoot gene prevented.
Es ist auch möglich, daß die Dämpfungsmittel eine in be zug auf die Ausgangsstellung unsymmetrische Kennlinie aufweisen, entsprechend einer unsymmetrischen Kennlinie der Federglieder etwa für "Ziehen" und "Drücken" des Steu erknüppels.It is also possible that the damping means be in one pull to the starting position asymmetrical characteristic have, according to an asymmetrical characteristic the spring links for "pulling" and "pushing" the steering wheel stick.
Die Dämpfungsmittel können einen Zylinder mit einem Dämpfungsmedium enthalten, der eine Einschnürung bildet und in welchem ein mit dem Steuerknüppel gekoppelter Dämpfungskörper von variablem Querschnitt geführt ist, der mit der Einschnürung des Zylinders einen hubabhängi gen Drossel-Querschnitt bildet.The damping means can be a cylinder with a Damping medium included, which forms a constriction and in which a coupled to the joystick Damping body of variable cross-section is guided, the one with the constriction of the cylinder depending on the stroke throttle cross-section.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 5 bis 11.Further refinements of the invention are the subject of subclaims 5 to 11.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is as follows with reference to the accompanying drawings explained.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht - teilweise im Schnitt - eines Steuerknüppels mit nichtlinearen Dämpfungsmitteln. Fig. 1 is a front view, partly in section, of a joystick with non-linear damping means.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Steuerknüppels von Fig. 1, ebenfalls teilweise im Schnitt. Fig. 2 is a side view of the joystick of Fig. 1, also partially in section.
Fig. 3 zeigt einen Zylinder mit Zylinderring und Dämp fungskörper in der Ausgangsstellung des Steuerknüppels, d. h. bei zentriertem Dämpfungskörper. Fig. 3 shows a cylinder with cylinder ring and damping body in the starting position of the joystick, ie with the centering body.
Fig. 4 zeigt die Anordnung von Fig. 4 bei ausgelenktem Steuerknüppel. Fig. 4 shows the arrangement of Fig. 4 with the control stick deflected.
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des Dämpfungskörpers. Fig. 5 shows a modification of the damping body.
In Fig. 1 und 2 ist mit 10 ein Steuerknüppel bezeichnet.In Fig. 1 and 2, numeral 10 designates a control stick.
Der Steuerknüppel 10 ist relativ zu einem Gehäuse 12 in zwei Richtungen verschwenkbar, wie in Fig. 1 und 2 gestri chelt angedeutet ist.The joystick 10 is pivotable relative to a housing 12 in two directions, as shown in Fig. 1 and 2 dashed lines.
An einem Rahmenteil 14 ist eine Welle 16 in Lagern 18 und 20 drehbar gelagert. Mit der Welle 16 ist an einem er sten, in Fig. 2 linken Ende ein doppelarmiger Hebel 22 ver bunden. Auf einem zweiten, in Fig. 2 rechten Ende der Welle 16 sitzt ein Steuerknüppel-Teil 23 des Steuerknüppels 10. Der Steuerknüppel 10 ist daher relativ zu dem Rahmen teil 14 um die Achse 24 der Welle 16 verschwenkbar.A shaft 16 is rotatably mounted in bearings 18 and 20 on a frame part 14 . With the shaft 16 is at a he most, in Fig. 2 left end a double-armed lever 22 a related party. A joystick part 23 of the joystick 10 sits on a second end of the shaft 16 on the right in FIG. 2. The joystick 10 is therefore part of the frame 14 pivotable about the axis 24 of the shaft 16 .
Wie in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist, ist des Rahmenteil 14 wiederum in einem gehäusefesten Teil 26 um eine Achse 28 verschwenkbar, welche die Achse 24 der Welle 16 senk recht schneidet. In Fig. 2 verläuft die Achse 28 senkrecht zur Papierebene. Dadurch ist der Steuerknüppel 10 um den Schnittpunkt der beiden Achsen 24 und 28 relativ zu dem Gehäuse 12 allseitig verschwenkbar gelagert.As indicated by dashed lines in FIG. 2, the frame part 14 can in turn be pivoted in a part 26 fixed to the housing about an axis 28 which intersects the axis 24 of the shaft 16 perpendicularly. In FIG. 2, the axis 28 is perpendicular to the plane of the paper. As a result, the control stick 10 is mounted on all sides so as to be pivotable about the intersection of the two axes 24 and 28 relative to the housing 12 .
Der Rahmenteil 14 weist einen nach unten in Fig. 1 ra genden Mittelteil 30 und einen am unteren Ende des Mittel teils 30 vorgesehenen Querbalken 32 auf. Der Querbalken 32 erstreckt sich in der Ausgangsstellung von Fig. 1 parallel zu dem doppelarmigen Hebel 22.The frame part 14 has a down in Fig. 1 ra ing middle part 30 and a part 30 provided at the lower end of the middle bar 32 . In the starting position of FIG. 1, the crossbar 32 extends parallel to the double-armed lever 22 .
Ein Zylinder 34 mit Federgliedern ist einerseits an einem Arm 36 des Querbalkens 32 und andererseits an einem Arm 38 des doppelarmigen Hebels angelenkt. An dem zweiten Arm 40 des Querbalkens 32 und dem zweiten Arm 42 des doppelarmigen Hebels 22 ist ein Dämpfungsglied 44 ange lenkt.A cylinder 34 with spring members is articulated on the one hand on an arm 36 of the crossbar 32 and on the other hand on an arm 38 of the double-armed lever. On the second arm 40 of the crossbar 32 and the second arm 42 of the double-armed lever 22 , an attenuator 44 is deflected.
Das Dämpfungsglied 44 enthält einen Zylinder 46. Der Zylinder 46 ist an seinem dem Querbalken zugewandten Ende durch eine Stirnwand 48 abgeschlossen. An seinem dem doppelarmigen Hebel zugewandten Ende ist der Zylin der 46 durch ein Kopfstück 50 abgeschlossen. In der Stirn wand 48 ist eine zu der Zylinderbohrung gleichachsige Boh rung 52 vorgesehen. Das Kopfstück 50 weist eine damit fluchtende Bohrung 54 auf. In dem Zylinder sitzt ein Zylin derring 56. Der Zylinderring 56 ist in dem Zylinder 46 durch eine eingeschraubte Hülse 58 gehalten. Die Hülse 58 sitzt in einem Abschnitt verminderter Wandstärke des Zylinders 46. Die Innenwandung des Zylinders 46 bildet eine Ringschul ter, auf welcher der Zylinderring 56 aufsitzt. Zwischen der Ringschulter und der Hülse 58 ist der Zylinderring 56 gehal ten.The attenuator 44 includes a cylinder 46 . The cylinder 46 is closed at its end facing the crossbar by an end wall 48 . At its end facing the double-armed lever, the cylinder 46 is closed off by a head piece 50 . In the end wall 48 is a to the cylinder bore Boh tion 52 is provided. The head piece 50 has a bore 54 aligned therewith. A cylinder derring 56 is seated in the cylinder. The cylinder ring 56 is held in the cylinder 46 by a screwed sleeve 58 . The sleeve 58 is seated in a section of reduced wall thickness of the cylinder 46 . The inner wall of the cylinder 46 forms an annular shoulder on which the cylinder ring 56 is seated. Between the annular shoulder and the sleeve 58 , the cylinder ring 56 is kept.
In dem Zylinder 46 ist ein Dämpfungskörper 60 längsbe weglich geführt. Der Dämpfungskörper 60 bildet eine Ver dickung einer Kolbenstange 62, die mit einem ersten, in Fig. 1 unteren, Ende in der Bohrung 52 und mit dem zweiten, in Fig. 1 oberen, Ende in der Bohrung 54 geführt ist. Der Zy linder 46 ist an dem Arm 40 des Querbalkens 32 angelenkt. Die Kolbenstange 62 ist mit dem zweiten Ende an dem Arm 42 des doppelarmigen Hebels 22 angelenkt.In the cylinder 46 , a damping body 60 is guided in a movable manner. The damping body 60 forms a Ver thickening of a piston rod 62 which is guided with a first, in Fig. 1 lower, end in the bore 52 and with the second, in Fig. 1 upper, end in the bore 54 . The Zy cylinder 46 is articulated on the arm 40 of the crossbar 32 . The piston rod 62 is hinged at the second end to the arm 42 of the double-armed lever 22 .
Der Zylinder ist mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt.The cylinder is filled with a damping fluid.
In Fig. 4 und 5 ist ein solches Dämpfungsglied 60 im ein zelnen dargestellt. Bei der Ausführung nach Fig. 4 und 5 weist der Dämpfungskörper 60 einen schmalen, zylindri schen Mittelabschnitt 64 und zwei sich zu den beiden Enden hin konisch verjüngende Endabschnitte 66 und 68 auf. Die Endabschnitte 66 und 68 sind kegelstumpfförmig. In der Mittel- oder Ausgangsstellung von Fig. 4 bildet der Mittel abschnitt 64 mit dem Zylinderring 56 einen engen Spalt. In Fig. 5 ist der Dämpfungskörper seitlich gegenüber dem Zy linderring 56 ausgelenkt. Dabei ist zwischen dem Dämp fungskörper 60 und dem Zylinderring ein breiterer Spalt ge bildet. Die Dämpfung ist dann geringer.In Figs. 4 and 5 such an attenuator 60 is shown in an individual. In the embodiment of Fig. 4 and 5, the damping body 60 has a narrow, cylindricity's center portion 64 and two to both ends conically tapering end portions 66 and 68. The end portions 66 and 68 are frusto-conical. In the central or initial position of FIG. 4, the central section 64 forms a narrow gap with the cylinder ring 56 . In Fig. 5, the damping body is laterally deflected relative to the Zy ring ring 56 . In this case, a wider gap is formed between the damping body 60 and the cylinder ring. The damping is then lower.
Der Rahmenteil 14 ist um die Achse 28 verschwenkbar. Der Zylinder 34 mit den Federgliedern und das Dämpfungs glied 60 werden dabei mitverschwenkt. Die Federglieder und das Dämpfungsglied 60 werden daher nur wirksam bei einer Auslenkung des Steuerknüppels 10 in der Papierebene von Fig. 1. Dann wird nämlich der doppelarmige Hebel 22 verschwenkt, und dementsprechend wird z. B. der Zylinder 34 mit seiner Kolbenstange auseinandergezogen. Die Kol benstange 62 des Zylinders 44 wird dagegen in den Zylinder hineinbewegt.The frame part 14 can be pivoted about the axis 28 . The cylinder 34 with the spring members and the damping member 60 are also pivoted. The spring members and the damping member 60 are therefore only effective when the joystick 10 is deflected in the paper plane of FIG. 1. Then namely the double-armed lever 22 is pivoted, and accordingly z. B. the cylinder 34 is pulled apart with its piston rod. The Kol benstange 62 of the cylinder 44 , however, is moved into the cylinder.
Die Verschwenkung des Rahmenteils 14 erfolgt dadurch, daß der auf der Welle 16 sitzende Steuerknüppelteil 23 par allel zu der Papierebene von Fig. 2 verschwenkt wird, wie in Fig. 2 angedeutet ist.The pivoting of the frame part 14 takes place in that the control stick part 23 sitting on the shaft 16 is pivoted par allel to the paper plane of FIG. 2, as indicated in FIG. 2.
Auch der Rahmenteil 14 ist durch einen (nicht sichtbaren) Zylinder mit einem Federpaket an eine Ausgangsstellung gefesselt und durch ein Dämpfungsglied 70 gedämpft. Das Dämpfungsglied 70 ist einerseits an dem gehäusefesten Teil 26 und andererseits (in nicht dargestellter Weise) an dem Rahmenteil 14 angelenkt.The frame part 14 is also bound to a starting position by a (not visible) cylinder with a spring assembly and damped by an attenuator 70 . The damping member 70 is articulated on the one hand on the part 26 fixed to the housing and on the other hand (in a manner not shown) on the frame part 14 .
Das Dämpfungsglied 70 ist ähnlich aufgebaut wie das Dämpfungsglied 44. Das Dämpfungsglied 70 enthält einen Zylinder 72. Der Zylinder 72 ist an einem Ende an dem Teil 26 angelenkt. Eine an beiden Enden geführte Kolbenstange 74 ist durch eine Bohrung in einem Kopfstück 76 aus dem Zylinder 72 herausgeführt und an dem Rahmenteil 14 ange lenkt. Die Kolbenstange 74 bildet einen Dämpfungskörper 78 von doppelkonischer Grundform. Der Dämpfungskörper 78 wirkt mit einem Zylinderring 80 zusammen.The attenuator 70 is constructed similarly to the attenuator 44 . Attenuator 70 includes cylinder 72 . The cylinder 72 is hinged to the part 26 at one end. A piston rod 74 guided at both ends is led out of the cylinder 72 through a bore in a head piece 76 and is deflected to the frame part 14 . The piston rod 74 forms a damping body 78 of a double-conical basic shape. The damping body 78 interacts with a cylinder ring 80 .
Bei den Auslenkungen des Steuerknüppels 10 aus einer Ausgangs- oder Nullstellung entweder in der Papierebene von Fig. 1 oder in der Papierebene von Fig. 2 (oder in bei den Richtungen gleichzeitig) wirkt auf den Steuerknüppel 10 jeweils eine von der Auslenkung abhängige Rückstell- oder Gegenkraft. Diese Kraft wird von den Federpaketen er zeugt und gibt dem Piloten ein Gefühl für den Grad der Aus lenkung und das dadurch erzeugte Steuersignal. Die Kennli nien der Federpakete sind in der Regel nicht-linear. Die Kennlinien sind u. u. auch unsymmetrisch mit Bezug auf die Ausgangsstellung des Steuerknüppels. Die Kraft wird durch die Dämpfungsglieder praktisch nicht beeinflußt. Bei einer Auslenkung des Steuerhebels aus der Ausgangsstellung wird der Spalt zwischen dem Zylinderring 56 bzw. 80 und dem Dämpfungskörper 60 bzw. 78 erweitert. Die Dämpfung wird reduziert. Wird der Steuerknüppel 10 losgelassen, dann wird er durch die Federpakete in die Ausgangsstellung zu rückgeführt. Dabei nimmt die Dämpfung bei Annäherung an die Ausgangsstellung progressiv zu. Ein Überschwingen des Steuerhebels 10 wird dadurch ausgeschlossen. Anderer seits kann die Auslegung so sein, daß der Steuerknüppel 10 zügig und ohne Kriechen oder Slip-Stick-Effekte die Aus gangsstellung erreicht.When the joystick 10 is deflected from a starting or zero position either in the paper plane of FIG. 1 or in the paper plane of FIG. 2 (or in the directions simultaneously), the joystick 10 is acted upon by a reset or dependent on the deflection Drag. This force is generated by the spring assemblies and gives the pilot a feeling for the degree of steering and the control signal generated thereby. The characteristics of the spring assemblies are usually non-linear. The characteristic curves may also be asymmetrical with respect to the starting position of the control stick. The force is practically not affected by the attenuators. When the control lever is deflected from the initial position, the gap between the cylinder ring 56 or 80 and the damping body 60 or 78 is widened. The damping is reduced. If the control stick 10 is released, then it is returned to the starting position by the spring assemblies. The damping increases progressively as the starting position is approached. An overshoot of the control lever 10 is excluded. On the other hand, the design can be such that the joystick 10 quickly and without creep or slip-stick effects reaches the starting position.
Der Verlauf der Dämpfung kann durch die Form des Dämpfungskörpers 60 oder 78 bestimmt werden. In Fig. 5 ist ein Dämpfungskörper 82 dargestellt, dessen Endab schnitte sich konvex, also stärker als ein Kegel, verjüngen. Der Mittelabschnitt ist dabei nur noch eine Kante 84.The course of the damping can be determined by the shape of the damping body 60 or 78 . In Fig. 5, a damping body 82 is shown, the Endab sections taper convexly, that is, more than a cone. The middle section is now only an edge 84 .
Die Abgriffe für die Bewegung des Steuerknüppels 10 sind in bekannter Weise ausgebildet und angeordnet und da her hier nicht im einzelnen beschrieben.The taps for the movement of the control stick 10 are designed and arranged in a known manner and are not described here in detail here.
Claims (11)
- a) die Einschnürung von einem Zylinderring (56) in einem Mittelbereich des Zylinders (46) gebildet ist und
- b) der Dämpfungskörper (60) eine Verdickung ei ner Kolbenstange (62) bildet, die in den beiden Stirnseiten des Zylinders (46) verschiebbar ge führt ist.
- a) the constriction is formed by a cylinder ring ( 56 ) in a central region of the cylinder ( 46 ) and
- b) the damping body ( 60 ) forms a thickened egg ner piston rod ( 62 ) which leads in the two end faces of the cylinder ( 46 ) slidably GE.
- a) der Steuerknüppel (10) mit einem doppelarmi gen, um eine Schwenkachse (24) schwenkbar ge lagerten Hebel (22) verbunden ist und
- b) die Federglieder zur Erzeugung der Rückstell kraft an einem ersten Hebelarm (38) des doppelar migen Hebels (22) angreifen und
- c) die Dämpfungsmittel (44) an einem zweiten Hebelarm (42) des doppelarmigen Hebels (22) an greifen.
- a) the joystick ( 10 ) with a doppelarmi gene, about a pivot axis ( 24 ) pivotally mounted bearing lever ( 22 ) is connected and
- b) the spring members to generate the restoring force on a first lever arm ( 38 ) of the double-armed lever ( 22 ) and
- c) engage the damping means ( 44 ) on a second lever arm ( 42 ) of the double-armed lever ( 22 ).
- a) der doppelarmige Hebel (22) mit einer Welle (16) verbunden ist, die in einem Rahmenteil (14) um eine erste Schwenkachse (24) drehbar gelagert ist und
- b) der Rahmenteil (14) seinerseits um eine die er sten Schwenkachse (24) senkrecht schneidende zweite Schwenkachse (28) in einem gehäusefe sten Teil (26) schwenkbar gelagert ist.
- a) the double-armed lever ( 22 ) is connected to a shaft ( 16 ) which is rotatably mounted in a frame part ( 14 ) about a first pivot axis ( 24 ) and
- b) the frame part ( 14 ) in turn is pivotally mounted about a he most pivot axis ( 24 ) perpendicularly intersecting second pivot axis ( 28 ) in a housing part ( 26 ).
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Owner name: DIEHL BGT DEFENCE GMBH & CO. KG, 88662 UBERLINGEN, |
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Owner name: DIEHL AVIONIK SYSTEME GMBH, 88662 UBERLINGEN, DE |
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