| WO/2005/005252 | LOCKING MECHANISMS |
| JP2003252296 | LATCH DEVICE AND OPERATION METHOD THEREFOR |
| WO/2009/150376 | JACK DEVICE FOR AIRCRAFT LANDING GEAR SYSTEM |
Patentansprüche
1. Verfahren zur Betätigung eines einzelnen Luftfahrzeugfahrwerkes mit einem EHA (EHA = Electro-Hydrostatic Actuator), dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des Luftfahrzeugfahrwerkes zwischen dessen Endpositionen ohne eine überwachung der Position des Luftfahrzeugfahrwerkes erfolgt.
2. Verfahren zur Betätigung eines einzelnen Luftfahrzeugfahrwerkes mit ei- nem EHA (EHA = Electro-Hydrostatic Actuator), dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des Luftfahrzeugfahrwerkes derart erfolgt, dass für den Fall, dass das Luftfahrzeugfahrwerk innerhalb einer vorgegebenen Zeit (Nominalzeit) ab Beginn des Einfahrvorgangs nicht die eingezogene Endposition erreicht, die Verstellgeschwindigkeit des Antriebs zur Betäti- gung des Luftfahrzeugfahrwerkes erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 ausgeführt ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation der inneren Leckage des Antriebs zur Betätigung des Luftfahrzeugfahrwerkes eine erste Kompensationsphase vorgesehen ist, mittels derer innere Leckage kompensiert wird, bevor eine vorgegebene Zeit (Nominalzeit) ab Beginn des Einfahrvorgangs abgelau- fen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation während der ersten Kompensationsphase dadurch erfolgt, dass die Betätigung des Luftfahrzeugfahrwerkes mit einem Zuschlag von Hydrau- likflüssigkeit erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlag durch eine statistische Auswertung der bei Einfahren von dem zu betäti- genden Luftfahrzeugfahrwerk üblicherweise auftretenden Lasten ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die statisti- 5 sehe Auswertung nach dem betroffenen Luftfahrzeugfahrwerk und dem das Fahrwerk nutzenden Flugzeugtyp individuell erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlag durch Zugreifen auf Kalibrierungsdaten ermittelt wird. 0
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalbrie- rungsdaten den Zuschlag in Abhängigkeit von der tatsächlich auftretenden Last und/oder von der Verstellgeschwindigkeit des Luftfahrzeugfahrwerkes enthalten. 5
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächlich auftretende Last aus der Stromaufnahme des Motors zur Verstellung des Luftfahrzeugfahrwerkes ermittelt wird.
o 11.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation der inneren Leckage des Antriebs zur Betätigung des Luftfahrzeugfahrwerkes eine zweite Kompensationsphase vorgesehen ist, mittels derer innere Leckage kompensiert wird, nachdem eine vorgegebene Zeit (Nominalzeit) ab Beginn des Einfahrvorgangs ab- 5 gelaufen ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass während der zweiten Kompensationsphase die Verstellgeschwindigkeit des Luftfahrzeugfahrwerkes erhöht wird. 0
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Anhebung der Verstellgeschwindigkeit durch eine mathematisch approximierte Funktion automatisch erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellgeschwindigkeit des Luftfahrzeugfahrwerkes vor Ablauf einer vorgegebenen Zeit (Nominalzeit) ab Beginn des Einfahrvorgangs derart verändert wird, dass der Leistungsbedarf zur Betätigung des Luftfahrzeugfahrwerkes konstant oder annähernd konstant ist. |
Leckagekompensation zur Vereinfachung der hydraulischen Betätigung von Luftfahrzeugfahrwerken
Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem neuen Kotrollverfahren für einziehbare Flugzeugfahrwerke zwecks Reduzierung des Systemaufwands.
Stand der Technik
Die Kontrolle der Verstellgeschwindigkeit des Aktuators eines Luftfahrzeugfahr- Werkes ist von entscheidender Bedeutung zur Verbesserung des Wirkungsgrades bzw. der Reduzierung des Systemgewichtes. Die Einstellung eines Verstell- geschwindigkeitsprofils, insbesondere nach dem dezentralen Einzelbetätigungsprinzip, setzt im Allgemeinen eine hohe Positioniergenauigkeit voraus.
Im Realfall ist eine hohe Positioniergenauigkeit jedoch wegen der internen Lek- kage ohne adäquate Positionierungssensoren und Auswertungssoftware kaum zu erreichen, wenn das Fahrwerk mit einem hydraulischen Antrieb betätigt wird. Deshalb werden die EHAs gemäß dem Stand der Technik immer mit einem geschlossenen Regelkreis betrieben (EHA = Electro-Hydrostatic Actuator). Im Prin- zip kann das Fahrwerkskontrollsystem dies direkt übernehmen. Diese Vorgehensweise ist jedoch mit einem hohen technischen Aufwand und mit hohen Kosten verbunden. Es ist an dieser Stelle anzumerken, dass es sich hier um eine kontinuierliche Hubpositionsüberwachung handelt. Das Erreichen der Endposition wird separat von einem hierarchisch höher geordneten Kommandosystem erfasst, damit die Antriebseinheit (hier Pumpe des EHA) deaktiviert werden kann. Es geht hier also lediglich um die Positioniergenauigkeit, damit die Betätigung mit dem vorgesehenen Versteligeschwindigkeitsprofil ausgeführt wird. Die Hauptschwierigkeit liegt darin, die Endlagendämpfung am richtigen Zeitpunkt einzuleiten. Der Stand der Technik will diese Aufgabe mit einer kontinuierlichen Positionsüberwachung oder mit einem einzelnen Signalgeber (Trigger) lösen.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur hy-
draulischθn Betätigung eines Luftfahrzeugfahrwerkes bereitzustellen, das einen geringen technischen Aufwand erfordert.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betätigung des Luftfahrzeugfahrwerkes zwischen dessen Endpositionen ohne eine überwa- chung der Position des Luftfahrzeugfahrwerkes erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Betätigung nur mit vorbestimmten Systemparametern.
Wird das System ohne Positionsüberwachung betrieben werden (d.h. statt Regelung nur noch Ansteuerung), kann der Verstellhub aufgrund der internen Lecka- ge der Sollposition hinterher hinken. Mit anderen Worten: die von der Pumpe geförderte Flüssigkeitsmenge kommt nicht vollständig am Aktuator an, da ein Teil von ihr unterwegs über Schaltventile oder ähnlichem einen Leckagestrom bildet und direkt zur Pumpe zurückgeführt wird. Durch dieses Defizit erfährt das Fahrwerk insbesondere beim Einziehen eine Verzögerung an der Verriegelung. Diese Verzögerung, bedingt durch das Flüssigkeitsdefizit, hängt in erster Linie von der Last ab, denn die interne Leckage an hydraulischen Komponenten nimmt in der Regel mit zunehmendem Betriebsdruck zu.
Im Vergleich zu der Positioniergenauigkeitsanforderung bei der primären Flugsteuerung ist diese beim Flugzeugfahrwerk jedoch sehr niedrig. Maßgebend ist hier eher die Betätigungsdauer, aber diese läßt auch eine relative hohe Toleranz zu. Die Betätigungsdauer von 10 ± 0,5 sec stellt im Allgemeinen eine gängige, praxisbezogene Basiszeit für das Einziehen von Flugzeugfahrwerken dar. Derartig niedrige Anforderungen sind unter anderem einer der Beweggründe, warum EHAs beim Fahrwerk gemäß der Erfindung ohne aufwendige Positionierüberwachung betrieben werden können.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf den Ein-
satz von EHAs beschränkt ist. Grundsätzlich sind auch andere Antriebssysteme einsetzbar.
Unter Berücksichtigung, dass das (durch die innere Leckage hervorgerufene) Flüssigkeitsdefizit die Betätigungsdauer nur verlängern kann, wird ein nominaler
Betriebspunkt erforderlich, der es ermöglichen soll im Normalbetrieb und dem damit verbundenen Flüssigkeitsdefizits die Betätigungszeit unter bestimmten
Umständen zu verkürzen. Und das System braucht auch eine Ansteuerungsvor- gabe (d.h. keine geschlossenen Regelkreise), womit es zeitabhängig den Durch- fluss ansteuert und bei einem großen Flüssigkeitsdefizit am Ende der Betätigung trotz fehlender Signalrückführung den Durchfluss anhebt.
Dementsprechend ist gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Betätigung des Luftfahrzeugfahrwerkes derart erfolgt, dass für den Fall, dass das Luftfahrzeugfahrwerk innerhalb einer vorgegebenen Zeit (Nominalzeit) ab Beginn des Einfahrvorgangs nicht die eingezogene Endposition erreicht, die Geschwindigkeit des Antriebs des Luftfahrzeugfahrwerkes erhöht wird.
Zum Erfüllen dieser scheinbar widersprüchlichen Anforderungen werden zu- nächst folgende Tatsachen festgestellt:
1. Das Einziehen des Fahrwerkes findet nicht in einer beliebigen Fluglage statt. Das Einziehen des Fahrwerkes erfolgt in der Regel während des Steigfluges unmittelbar nach dem Abheben. Die Fluglage ist während die- ser Phase relativ stabil und es wird keine heftigen änderungen an das
Lastvielfache n erwartet. Statistisch betrachtet wird das Einziehen des Fahrwerkes über 90 % aller Fälle in einem ähnlichen Lastniveau erfolgen. Diese statistische Erkenntnisse wird zur Auslegung der Kontrollstrategie eingeführt: der nominale Betriebspunkt wird dort gelegt, wo das Lastni- veau überwiegend erwartet wird. Dies entspricht etwa 30% der Maximallast bei den meisten Flugzeugmustern. (Es ist anzumerken, dass man diese statistische Annahme sogar gegebenenfalls bei bestimmten Flugzeugmustern mit zusätzlicher Pilotenschulung verbessern kann.)
2. Das durch die Leckage hervorgerufene Flüssigkeitsdefizit kann sowohl experimentell als auch per Simulation vorab bestimmt werden. Man kann eine Kalibrierungstabelle oder -diagramm in Abhängigkeit von der Last und dem Durchfluss erstellen und bei Bedarf die Leckagemenge aus der
Tabelle bzw. aus dem Diagramm auslesen.
3. Durch überwachung des Stroms am Motor des EHAs kann man über die momentane, tatsächliche Last Rückschlüsse ziehen. Die überwachung des Motorenstroms ist in der Regel bei der Leistungselektronik leicht zu realisieren. Man benutzt so zu sagen das im Betrieb befindliche Fahrwerk als Lastsensor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Leckagekompensati- on wie folgt in zwei Stufen, d.h. in zwei gestuften Phasen („Stationärleckagekompensation" und „Restleckagekompensation") gelöst, damit das System ohne geschlossenen Regelkreis lediglich angesteuert werden kann:
In der ersten Phase wird eine bestimmte Menge Flüssigkeit als Zuschlag zum nominalen Durchfluss beigemischt. Der Zuschlag ist vorzugsweise statistisch begründet. Ebenfalls ist es denkbar, dass dieser bei Bedarf aus Kalibrierungsdaten bestimmt wird.
Die Flüssigkeitsmenge soll dem Defizit beispielsweise bei einem etwa 30%igen Lastlevel entsprechen. (Die konkrete Menge ändert sich je nach Flugzugmuster natürlich. 30% stellt hier nur ein Zahlenbeispiel dar.) Sollte die aktuelle Last beim Einziehen des Fahrwerkes niedriger sein, wird das Fahrwerk schneller als für die vorgesehene Betätigungsdauer in die Verriegelung ankommen. Wenn das Flüssigkeitsdefizit mit der beigefügten Flüssigkeitsmenge restlos übereinstimmt, wird die Betätigung exakt in der Nominalzeit beendet. Wenn das Flüssigkeitsdefizit größer als die Zuschlagsmenge sein sollte, erreicht das Fahrwerk innerhalb der vorgesehenen Betätigungsdauer die Verriegelung nicht. In diesem Fall muß der Rest am Ende der Betätigung möglichst rasch auf ein Mal kompensiert werden.
In der zweiten Phase soll deshalb die Hubverstellgeschwindigkeit radikal ansteigen, um die von der ersten Phase „übrig gebliebene" Restleckagemenge auf ein Mal zu kompensieren.
Dies kann beispielsweise durch eine adäquate mathematisch approximierte Funktion erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Verstellung des Fahrwer- kes mit der .Operationsmethode mit Konstantleistung' gelöst. Darunter ist zu verstehen, dass die Verstellgeschwindigkeit des Luftfahrzeugfahrwerkes derart gewählt wird, dass der Leistungsbedarf zur Verstellung des Luftfahrzeugfahrwerkes konstant oder im wesentlichen konstant ist. In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, dass keine Endlagendämpfung mehr benötigt wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Figur zeigt das Geschwindigkeitsprofil zur Ansteuerung des Systems mit zweistufiger Leckagekompensation.
Wie die Figur veranschaulicht, hat das Geschwindigkeitsprofil keinen Startpunkt für die Endlagendämpfung in ihrem Verlauf. Der Abbremsungsvorgang erfolgt an sich schon unmittelbar nach dem Start.
Vor Erreichen einer Nominalzeit ab Beginn des Einfahrvorgangs des Luftfahrzeugfahrwerkes wird dessen Verstellung unter Zuhilfenahme eines Zuschlages an Hydraulikflüssigkeit vorgenommen werden. Dieser Zuschlag kann fest vorgegeben sein oder auch von den tatsächlichen Bedingungen abhängen. Denkbar ist es beispielsweise den Zuschlag aus einer Kalibrierungstabelle oder einem Kalibrierungsdiagramm oder dergleichen zu entnehmen. Statt der festen Zu-
schlagsmenge kann man somit beispielsweise anhand der vorab bestimmten Kalibrierungsdaten und mit der durch eine Stromüberwachung gewonnenen Lastabschätzung eine neue Zuschlagsmenge berechnen und damit das Flüssigkeitsdefizit genauer kompensieren.
Die Nominalzeit liegt in der Figur bei 10 s und ist durch den vertikalen Balken in der Figur gekennzeichnet.
Ist mit Ablauf der Nominalzeit das Einfahren des Luftfahrzeugfahrwerkes noch nicht abgeschlossen, was durch einen Positionsschalter (Endschalter) oder dergleichen festgestellt werden kann, erfolgt in einer zweiten Stufe die sog. Restkompensation. In dieser Phase wird die Pumpendrehzahl und somit die Verstellgeschwindigkeit angehoben. Bei einem großen Defizit wird die Pumpendrehzahl bis maximal zur Pumpgrenze automatisch weitersteigen. Die Figur zeigt einen prinzipiellen Verlauf einer derartigen Ansteuerung, wobei die Ansteuerung mit einem Polynom sechsten Grades im vorliegenden Fall approximiert ist. Aufgrund der mathematischen Funktion hebt sich die Pumpendrehzahl beim Passieren der 10 s Marke alleine an. Eine Regelung mit einem geschlossenen Regelkreis ist nicht erforderlich.