DE10116479C2 - Verfahren und Regeleinrichtung zur Verstellung einer im Rotorblatt eines Hubschraubers schwenkbar gelagerten Klappe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstel­ lung einer im Rotorblatt eines Hubschraubers schwenkbar gelagerten Klappe, wobei mittels eines Meßorgans die Ver­ stellung der Klappe erfaßt und als elektrisches Meßsignal an eine Regeleinrichtung geliefert wird, eine Reglerausgangs­ größe gebildet wird, die einen mittels Kraftübertragungsmit­ tel mit der Klappe verbundenen Piezoaktuator regelt, und das Kraftübertragungsmittel mit der Stellkraft die Verstel­ lung der Klappe ausführt.

Die Erfindung betrifft im weiteren auch eine dazu­ gehörige Regeleinrichtung, wobei mindestens ein Meßorgan angeordnet ist, das mit der Regeleinrichtung verbunden ist und ein regelbarer Piezoaktuator mittels Kraftübertragungs­ mittel mit der Klappe verbunden ist.

Das Rotorsystem eines Hubschraubers ist die Ursa­ che für den Lärm und die Vibrationen in der Kabine. Gleich­ zeitig erzeugt das Rotorsystem auch einen hohen Außen­ lärmpegel, insbesondere während des Landeanflugs. Diese Lärmemissionen und Vibrationen bedeuten eine starke Komfortminderung für Hubschrauberpassagiere und erwei­ sen sich als ungünstig für die Umwelt. In der weiteren Ent­ wicklung des Hubschrauberbaues gilt es diese Lärmemissio­ nen und Vibrationen deutlich zu reduzieren.

Ein Entwicklungsweg dorthin ist der Einsatz und der Betrieb einer Klappe im auftrieberzeugenden Blatt, wo­ bei die Klappe dort um ihre Schwenkachse schwenkbar an­ geordnet ist. Die schwenkbare Klappe ist im Bereich der Profilvorderkante und/oder der Profilhinterkante des Blattes angeordnet.

Der Einsatz einer Klappe im drehenden Rotorblatt eines Drehflüglers unterscheidet sich deutlich von der im starren Flügel eines anderen Luftfahrzeuges. Beide Einsatz­ bereiche sind nicht pauschal miteinander zu vergleichen.

Die Klappe ist im drehenden Rotorblatt ungewöhn­ lich starken Beanspruchungen ausgesetzt. Diese Beanspru­ chungen gegenüber der Klappe resultieren aus

• - Vibrationen des drehenden Rotorblattes,
• - dynamischen Lasten aus der Fliehkraft am drehen­ den Rotorblatt,
• - dynamische Lasten infolge angreifender aerodyna­ mischer Kräfte.

Diese Feststellung trifft zu für grundsätzlich alle mit dem Rotorblatt in Verbindung stehende Bauelemente oder Baugruppen.

Die EP 1035015 A2, Abs. 0036 und 0037 be­ schreibt einen Klappenantrieb mit einer Klappe, die in ein Rotorblatt eingebaut sind und eine elektrische Regeleinrich­ tung für den Klappenantrieb. Der Klappenantrieb besteht aus einem Piezoaktuator, einem mit dem Piezoaktuator ge­ koppelten beweglichen Gelenkrahmen. Der Gelenkrahmen ist mittels Kraftübertragungsmittel mit einer schwenkbar ge­ lagerten Klappe verbunden. Der Piezoaktuator ist einseitig an der inneren Struktur der Blattes befestigt und die Klappe ist in der Struktur des Blattes schwenkbar gelagert. Mit der Herstellung des Rotorblattes muss zugleich auch der Klap­ penantrieb mit Klappe in das Rotorblatt eingebaut werden. Das Piezoelement als Herzstück eines Piezoaktuators über­ nimmt die Funktion eines Stellgliedes, welches die Klappe aus einer Grundstellung entlang eines Weges oder in einem Winkel verstellen kann. Das Stellsignal (Stellgröße Y) er­ hält der Piezoaktuator von der elektrischen Regeleinrich­ tung. Die Regeleinrichtung ist mit Messorganen verbunden. Ein Messorgan fühlt den Winkel der Klappenverstellung. Das entspricht der Regelausgangsgröße, die als Rückführ­ größe auf die Regeleinrichtung zurückgeführt wird. Mit der bekannten Lösung wird zwar dem in der Rahmenkonstruk­ tion eventuell vorhandenen Lagerspiel entgegen gewirkt, die Kraft-/Wegabhänigkeit des Piezoelements wird damit je­ doch nicht beseitigt bzw. ausgeregelt.

Die bekannte technische Lösung beschreibt auch nicht wie die Regeleinrichtung auf Störgrößen reagieren kann, die aus den oben geschilderten Beanspruchungen re­ sultieren. Störgrößen können nicht befriedigend ausgeregelt werden.

Bei der Verwendung eines Piezoaktuators als Stell­ glied ist bekannt, dass eine strenge Proportionalität zwi­ schen angelegter elektrischer Spannung und Dehnung des Piezoaktuators vorhanden ist. Aufgrund dieser konstanten Abhängigkeit ist es bekannt, die erforderliche Winkelstel­ lung der Klappe in Anhängigkeit einer an den Piezoaktuator anzulegenden elektrischen Spannung zu regulieren. Das macht die Regeleinrichtung. Nachfolgend wird deshalb ein Klappenantrieb mit Piezoaktuator betrachtet.

In der Praxis zeigt sich jedoch, daß eine ausschließ­ liche Regelung des Winkels der Klappe nicht die gewünsch­ ten Ergebnisse bringt. Als Ursache werden eine Vielzahl von Einflüssen gesehen, die die Verstellung der Klappe stö­ rend beeinflussen.

Solche Einflußgrößen sind aerodynamische Kräfte wie die Umströmmung des Rotorblattes, die Änderung der Anströmung des Rotorblattes, angreifende Luftwirbel, Schleppwirbel in Folge von Blatt-Wirbel-Interferenzen, kurz BVI (Blade Vortex Interaction) genannt, aber auch me­ chanisch wirkende Einflußgrößen wir die Lagerreibung, die zeitliche Änderung der Lagerreibung der Klappe oder im Klappenantrieb. Einige diese Einflußgrößen (auch Störgrö­ ßen genannt)haben eine hohe Dynamik mit der sie an der Klappe angreifen.

Diese Störgrößen sind nicht vorhersehbar und quantitativ schwer zu erfassen. Eine hohe Dynamik der Störgrößen erfordert auch eine hohe Frequenz (etwa 50-100 Hz) der die Störgrößen ausregulierenden Stellhand­ lung gegenüber der Klappe. Dynamisch wirkende Störgrö­ ßen wurden bisher im Stand der Technik bei der Regelung einer Klappe vernachlässigt.

Aufgrund dieser technologischen Schwierigkeiten ist es problematisch, eine präzise funktionierende Regelung zu gestalten. Eine iterative Optimierung des Stellgröße oder die Suche nach einem Aktuator (Stellglied) mit anderer Funktionscharakteristik bringt keine verbesserten Ergebnis­ sen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Regelverfahren und die entsprechende Regeleinrichtung zu entwickeln, um eine präzise Verstellung in alle notwendigen Winkelstellun­ gen einer Klappe im Rotorblatt eines Hubschraubers wäh­ rend des Flugbetriebes zu gewährleisten.

Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch ge­ löst, daß ein Meßorgan an dem Kraftübertragungsmittel zwischen Piezoaktuator und Klappe die Stellkraft erfaßt und als Meßsignal an einen der Regeleinrichtung unterlagerten Folgeregler zugeführt wird, der Folgeregler als Führungs­ größe die Reglerausgangsgröße der Regeleinrichtung erhält und der Folgeregler eine Reglerausgangsgröße bildet, die dem Piezoaktuator zugeführt wird und der Winkel-Sollwert- Geber der Regeleinrichtung eine Vorgabe des Sollwertes von einem äußeren Regler erhält.

Einrichtungsgemäß wird die Aufgabe dadurch ge­ löst, daß ein Meßorgan auf dem Kraftübertragungsmittel an­ geordnet ist und mit einem der Regeleinrichtung unterlager­ ten Regler verbunden ist und der Regler mit dem Piezoak­ tuator verbunden ist und die Regeleinrichtung mittels Soll­ wert-Geber mit einem äußeren Regler verbunden ist.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das kraftmes­ sende Meßorgan ein Dehnungsmeßstreifen. Dieses Meßor­ gan liefert ein entsprechendes elektrisches Meßsignal in ei­ ner Rückführung auf einen die Kraftmeßgröße regelnden Regler, der als Folgeregler zur Regeleinrichtung arbeitet.

Die Erfindung ermöglicht es, hoch dynamisch an­ greifende, aerodynamische Kräfte sowie Reibungskräfte im Mechanismus der Kraftübertragung zur Klappe und in der Klappenlagerung wirksam auszuregeln. Diese Störgrößen werden in Echtzeit ausgeregelt. Dies gelingt indem die Er­ findung nicht abwartet bis die Regeldifferenz eine die Win­ kelmeßgröße regelnde Regeleinrichtung eine Korrektur der beabsichtigten Stellhandlung auslöst, sondern indem durch eine zusätzliche, sofortige Regelung einer Kraftmeßgröße in einem Folgeregler die Stellgröße der Winkel-Regelung des Führungsreglers beibehalten werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und entsprechender Zeichnungen er­ läutert. Dabei zeigen

Fig. 1 Schema einer Vorrichtung zur Verstellung einer im Rotorblatt schwenkbar gelagerten Klappe,

Fig. 1a Anordnung zum Fühlen des Winkels, den die Klappe beim Verstellen zurücklegt,

Fig. 2 Regeleinrichtung zur Verstellung einer im Rotorblatt schwenkbar gelagerten Klappe.

Im weiteren ist es für die Funktion der Erfindung unerheblich, ob ein Klappenantrieb in der Struktur des Blat­ tes gelagert ist oder in einem gekapselten Modul gelagert ist, welches in der Struktur des Blattes integrierbar ist.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Verstellung einer im Rotorblatt eines Hubschraubers schwenkbar gelagerten Klappe. Die Darstellung ist schematisch, d. h. Hubschrauber und Rotorblatt sind nicht explizit dargestellt, sondern nur die zu regelnde Klappe mit Klappenantrieb.

Die Klappe besitzt eine Schwenkachse, die in einer Lagerung des Blattes in einem Winkelabschnitt schwenkbar gelagert ist. In diesem Winkelabschnitt ist jeder Winkelbe­ trag kontinuierlich einstellbar. Die Klappenfahne zeigt in Richtung der Profilkante des Blattes, wobei im Ausfüh­ rungsbeispiel die Klappenfahne 71 in Richtung Profilhinter­ kante ausgerichtet ist. Es ist jedoch auch der Einsatz einer Klappe im Bereich der Profilvorderkante möglich.

Der Klappenantrieb wird von einem Piezoaktuator 10 realisiert.

Im einfachsten Fall besteht der Piezoaktuator 10 aus einem Piezoelement 100 mit beweglichem Rahmen 101 und einem Kraftübertragungsmittel 11, der Zugstrebe 110. Eine zweite Zugstrebe 111 ist mit einem Federmittel (nicht dargestellt) verbunden, welches von der Struktur des Blattes gehalten wird. Es gibt auch das Beispiel, wo das Federmittel durch einen zweiten Piezoaktuator ersetzt wird. Dies ist je­ doch schon eine komfortablere Lösung. Der Einsatz eines zweiten Piezoaktuators hat jedoch keinen Einfluß auf die Er­ findung.

Vom Piezoaktuator 10, der im Blatt gehalten und gelagert ist, wird die Stellkraft mittels Strebe 110 auf die Klappe 7 übertragen. Die Strebe ist vorteilhafterweise eine biegesteife. Die Strebe zieht oder schiebt und wird nachfol­ gend "Zugstrebe" genannt.

Im Ausführungsbeispiel wird eine Ausgestaltung erläutert, die im Vergleich zum Stand der Technik einem Praxisbetrieb besser gerecht wird und zwei Zugstreben 110, 111 verwendet.

Ausgehend von einer fiktiven Mittelpunktlinie der Schwenkachse 70 greifen die beiden Zugstreben 110, 111 exzentrisch zur Mittelpunktlinie an der Schwenkachse 70 der Klappe 7 an. Die beiden Zugstreben 110, 111 sind ge­ geneinander um 180° versetzt. Federmittel und Piezoaktua­ tor 10 wirken in einem vorgespannten Zustand gegenein­ ander und erreichen ein Kräftegleichgewicht, welches in ei­ nem vorgespannten Zustand die Klappe in einer (Weg/Win­ kel-)Grundstellung hält.

Erfolgt eine weitere Dehnung des Piezoaktuators 10, wird mittels beweglichen Rahmen 101 seine Zugstrebe 110 von der Klappe 7 weiter weg gezogen. Die Klappe 7 verstellt sich aus der Grundstellung in eine gewünschte Ar­ beitsstellung. Soll diese Arbeitsstellung wieder verlassen werden in Richtung Grundstellung, muß der Piezoaktuator 10 etwas kontrahieren. Seine Zugstrebe 110 schiebt und die Zugstrebe 111 des Federmittels zieht bis die Grundstellung erreicht ist.

Auf diesen Verstellvorgang wirken Störgrößen ein, deren Wirkung an späterer Stelle beschrieben werden wird.

Bei der Verstellung der Klappe ist es wichtig, den tatsächlich durch die Klappe eingenommenen Ist-Winkel zu fühlen und als elektrisches Meßsignal an die Regeleinrich­ tung weiterzugeben. Der Ist-Winkel ist kontinuerlich zu füh­ len. Der Ist-Winkel könnte als Äquivalent auch als ein Ist- Weg dargestellt werden. Aufgrund trigonometrischer Funk­ tionen zwischen einem Winkel und dem zuordenbaren Ver­ stellweg kann der Klappenwinkel stets auch als Wegstrecke ermittelt und dargestellt werden. Beide Möglichkeiten sind gleichwertig. Aus Gründen der Vereinfachung wird nachfol­ gend nur von der Ermittlung und Darstellung des Winkels der Klappe berichtet.

Auch andere physikalische Prinzipien zur Ermitt­ lung eines Weges oder Winkels sind einsetzbar. Das Meßor­ gan 2 zum Fühlen einer Winkeländerung sollte jedoch be­ rührungslos gegenüber der Klappe arbeiten.

Fig. 1a zeigt ein Beispiel zum Fühlen des Winkels, den die Klappe beim Verstellen aus einer Grundstellung zu­ rücklegt. Ein Metallblech als kleine Metallfahne 20 ausge­ bildet, wird mit der Struktur 72 der Klappe 7 fest verbunden. Bei der Verbindung mit der Metallfahne sollte die Klappe eine definierte Winkelstellung haben. Das kann beispiels­ weise eine Grundstellung (0°) der Klappe sein. Dabei befin­ det sich die Klappenfahne in der Kontur der Blatthinter­ kante. Oberhalb und unterhalb der Metallfahne 20, aber be­ abstandet zur Metallfahne, befindet sich je ein elektrischer Spulenkörper 21, 22. In einer feststehenden Halterung 200 der Blattstruktur sind die beiden Spulenkörper 21, 22 so an­ geordnet, daß sich ein Meßspalt 201 bildet und zwischen ih­ nen nach Anlegen einer Wechselspannung ein magnetisches Wechselfeld aufbaut. Beide Spulenkörper 21, 22 sind mit­ tels einer elektronischen Schaltung (nicht dargestellt) mit ei­ nem elektronischen Demodulator verbindbar (nicht darge­ stellt). Der elektronische Demodulator erzeugt nun eine Gleichspannung, welche sich proportional zum Winkel der Metallfahne 20 zwischen den Spulenkörpern 21, 22 verhält. Die Verwendung zweier Spulenkörper ermöglicht die Reali­ sierung einer linearen Arbeitskennlinie des Messorgans 2. Als vereinfachte Ausführung wäre aber auch die Verwen­ dung nur eines Spulenkörpers möglich.

Als Messorgan 2 zur Ermittlung des Winkels ist je­ doch auch ein Absolutwertgeber (absoluter Impulsgeber) denkbar, der mechanisch mit der Schwenkachse der Klappe koppelbar ist. Bei einem Absolutwertgeber ist die Winkel­ position als digitale Information auf seiner Teilscheibe ent­ halten. Damit steht nach dem Einschalten die exakte Posi­ tion der Schwenkachse als digitales Bit-Muster zur Verfü­ gung. Die Teilscheibe des Absolutwertgebers ist in mehrere Spuren aufgeteilt, die jeweils von einem optischen Sensor abgetastet werden und das Ergebnis in ein elektrisches Meß­ signal wandeln, dass einer Regeleinrichtung zur Verfügung steht.

Es gibt aber auch die Möglichkeit zum Fühlen des Weges, der proportional dem Winkel der Verstellung ist. Dieser Weg kann vorteilhafterweise mit der Bewegung der Zugstrebe 110 des Piezoaktuators 10 erfaßt werden. In einer feststehenden Halterung, unabhängig von der Zugstrebe 110 sind beabstandet zwei Spulen zueinander so angeordnet, daß sie ebenfalls einen Meßspalt bilden. In diesen Meßspalt ist ein entsprechend dimensioniertes Metallblech angeordnet, welches mit einer Zugstrebe 110 verbunden ist. Die Bewe­ gung der Zugstrebe 110 kann das Metallblech zwischen zwei Endpositionen kontinuerlich bewegen. Nach Anlegen einer Wechselspannung an die beiden Spulenkörper wird ein magnetisches Wechselsfeld aufgebaut. Beispielsweise ein elektronischer Demodulator erzeugt eine Gleichspannung, welche sich proportional zur Position des Metallblechs im Meßspalt verhält.

Fig. 2 zeigt eine Regelung 1 der Verstellung einer im Rotorblatt schwenkbar gelagerten Klappe. Die Klappen­ fahne wird dabei um die Schwenkachse geschwenkt.

Die genannten Ausführungsbeispiele für Weg/­ Winkel-Meßorgane können Anwendung finden für eine Re­ geleinrichtung 1 zur Klappenverstellung. Nachfolgend wird nur ein winkelmessendes Messorgan 2 betrachtet. Das vom Winkel-Messorgan 2 gewonnene Meßsignal wird an den Eingang einer Regeleinrichtung 13 mit dem Regler 3 ge­ führt. Dieser Regler 3 erhält seine Führungsgröße w₂ von ei­ nem Winkel-Sollwert-Geber 4. Im Regler 3 wird aus der vorgegebenen Führungsgröße w₂ und dem rückgeführten Meßsignal r₂ eine Reglerausgangsgröße Y_R2 gebildet.

Der Winkel-Sollwert-Geber 4 erhält den Sollwert von einem sogenannten äußerem Regler 5. Dieser äußere Regler 5 beinhaltet Regelalgorithmen
zur Reduzierung von BVI,
zur Reduzierung von Vibrationen in der Hubschrauberka­ bine und
zur Minimierung des Strömungswiderstandes eines Hub­ schraubers im Reiseflug.

Zu diesem Zweck steht der äußere Regler 5 mit ei­ nem Meßorgan 6 oder entsprechend mehreren in Verbin­ dung. Solche Meßorgane fühlen Schallgeräusche durch BVI oder Vibrationen der Kabinenstruktur oder den Strömungs­ widerstand.

Die regelbare Klappe 7 im Rotorblatt ist geeignet, BVI zu reduzieren und/oder Vibrationen in der Kabine zu reduzieren und/oder den Strömungswiderstand eines Rotor­ blattes im Reiseflug zu minimieren.

In Abhängigkeit der Vorgabe des Piloten gegen­ über dem äußeren Regler 5 liefert dieser eine entsprechende Führungsgröße w₀ als Sollwert an den Winkel-Sollwert-Ge­ ber 4. Die Sollwert-Vorgabe durch den äußeren Regler 5 er­ weist sich als zweckmäßig, da beispielsweise die Reduzie­ rung von BVI vorzugsweise im Landeanflug erforderlich wird. Beim Landeanflug sollte die Klappe im Rotorblatt ständig so gesteuert werden, daß das drehende Rotorblatt kurzfristig einem Schleppwirbel (BVI) ausweichen kann. Mit Erreichen eines Flugzustandes mit BVI macht der äu­ ßere Regler 5 eine entsprechende Sollwert-Vorgabe.

Aerodynamische Kräfte auf die Klappe und Rei­ bungskräfte bei den Kraftübertragungsmitteln sowie in der Lagerung der Klappe sind Störgrößen, die einen einzustel­ lenden Winkel der Klappe 7 unerwünscht beeinflussen. Die Folge ist, daß die Stellhandlung zu einer fehlerhaften Win­ keleinstellung der Klappe 7 führt. Eine alleinige Winkelver­ stellung nur mit einer Regeleinrichtung muß diesen Einstell­ fehler mit einer erneuten Steilhandlung ausgleichen.

Das ist nachteilig. Insbesondere die aerodynami­ schen Kräfte wie Wirbel oder Schleppwirbel aus BVI sind hoch dynamisch wirkende Kräfte. Die Erfindung paßt die Regeleinrichtung 13 der Kräftedynamik an. Der Erfindung gelingt es, trotz hoher Dynamik der angreifenden Kräfte, den Zeitverzug (Totzeit) vom Angriff einer hoch dynami­ schen Störgröße z bis zur Erreichung des erforderlichen Ver­ stellwinkels der Klappe 7 erfolgreich zu minimieren. Dies gelingt indem die Erfindung nicht abwartet bis die Regeldif­ ferenz der Regeleinrichtung 13 eine Korrektur der beabsich­ tigten Steilhandlung auslöst, sondern indem durch eine zu­ sätzliche, sofortige Kraft-Regelung die Stellgröße der Win­ kel-Regelung beibehalten werden kann.

In diesem Sinne wird die Reglerausgangsgröße Y_R2 der Regeleinrichtung 13 auf einem weiteren Regler, ei­ nen sogenannten Kraft-Regler 9 geführt. Der Kraft-Regler 9 hat ein Meßorgan 8, welches die störenden Kräfte gegen­ über der Winkelverstellung fühlt.

Wie bereits erläutert, sind die wesentlichen Stör­ größen z (aerodynamische Kräfte und Reibungskräfte) ge­ genüber einer Klappenverstellung von unterschiedlicher Größe und Dynamik und haben unterschiedliche Angriffs­ orte. Dennoch gelingt es der Erfindung in der Stelleinrich­ tung 14 einen geeigneten Meßort und ein geeignetes Meßor­ gan zu finden, so daß mit nur einem Meßorgan die Gesamt­ heit der wesentlichen Störgrößen z meßtechnisch genau er­ faßt werden kann.

Dieses Meßorgan 8 fühlt die Kräfte, die als Wider­ stände in Folge einwirkender aerodynamischer Kräfte auf die Klappe 7 wirken, aber auch Reibungskräfte im Weg vom Piezoaktuator 10 zur Klappe 7 als auch Reibungskräfte in der Lagerung der Klappe selbst. Dieses Meßorgan 8 zum Fühlen der Kraft ist an einem Kraftübertagungsmittel 11 an­ geordnet, vorteilhafterweise an der Zugstrebe 110 (Fig. 1) des Piezoaktuators 10. Das kraftmeßende Meßorgan 8 ist beispielsweise ein Dehnungsmeßstreifen, der an der Ober­ fläche der Zugstrebe angeordnet ist. Jeder Bewegung der Zugstrebe ist ein Stellwinkel der Klappe 7 zuordenbar. Zug­ kraft oder Schubkraft der Zugstrebe (110) sind ein Maß für den tatsächlich erreichbaren Winkel der Klappe 7. Die mit dem Dehnungsmeßstreifen gemessene Zug- oder Schub­ kraft ist jene Kraft, die tatsächlich vorhanden ist, um die Klappe 7 verstellen zu können nachdem der Widerstand stö­ render Kräfte (aerodynamische Kräfte, Reibungskräfte) überwunden ist. Diese Zug- oder Schubkraft wird von Deh­ nungsmeßstreifen als Meßorgan 8 erfaßt und in ein elektri­ schen Meßsignals gewandelt.

Dieses elektrische Meßsignal entspricht regelungs­ technisch einer Rückführgröße r₂, die an den Kraft-Regler 9 zurückgeführt wird.

Die Reglerausgangsgröße Y_R2 der Regeleinrich­ tung 13 wird dem Kraft-Regler 9 ebenfalls zugeführt. Die Reglerausgangsgröße Y_R2 bildet die Führungsgröße für den Kraft-Regler 9. Der Kraft-Regler 9 entspricht somit einem Folgeregler 12 innerhalb einer Kaskadenregelung.

Aus der Rückführgröße r₁ und der Regleraus­ gangsgröße Y_R2, die als Führungsgröße wirkt, bildet der Kraft-Regler 9 einer Reglerausgangsgröße Y_R1. Diese Reg­ lerausgangsgröße Y_R1 wird an den Piezoaktuator 10 der Stelleinrichtung 14 weitergegeben. Die Reglerausgangs­ größe Y_R1 entspricht einer am Piezoelement 100 anzulegen­ den elektrischen Ruhespannung. Dabei ist das Piezoelement 100 bereits in bekannter Weise vorgespannt. Die anzule­ gende Ruhespannung erzeugt beispielsweise eine Dehnung des Piezoelements. Das Piezoelement 100 ist der eigentliche Antrieb des Piezoaktuators 10. Diese Dehnung des Piezo­ elements 100 ist ein Maß für die Stellgröße Y, die auf das Kraftübertragungsmittel 11 wirkt. Das Kraftübertragungs­ mittel 11 ist eine der Zugstreben, die die Verbindung zwi­ schen Piezoaktuator 10 und Klappe 7 herstellt. Nach der be­ kannten Bauweise eines Piezoaktuators 10 erzeugt die Deh­ nung des Piezoelements einen Zug in der Zugstrebe, so daß die Klappe 7 verstellt wird. Die Zugkraft wird als Regel­ größe x₁ vom Meßorgan 8 erfaßt und als Rückführgröße r₁ an den Kraft-Regler 9 zurückgeführt. Das Meßorgan 2 er­ faßt den Winkel als Regelgröße x₂ und führt dieses in ein elektrisches Meßsignal gewandelt als Rückführgröße r₂ an den Regler 3 zurück. Der Regler 3 besitzt als weiteren Ein­ gang den Winkel-Solwert-Geber 4, der die Sollwerte als Führungsgröße w₀ vom äußeren Regler 5 vorgegeben be­ kommt.

Die Regeleinrichtung 13 arbeitet als ein Führungs­ regler für den nachfolgenden Folgeregler 12.

Wenn der Führungsregler seine Regel-Ausgangs­ größe Y_R2 als Führungsgröße für den Folgeregler 12 aus­ gibt, wird damit ein Einfluß auf die Bildung der Stellgröße Y (Stellsignal) durch den Folgeregler 12 ausgeübt. Die Stell­ größe Y ist indirekt ein Maß für die zu erzeugende Stellkraft und diese ein Maß für den einzustellenden Winkel der Klappe, vorausgesetzt es wären statische Bedingungen. Die benannten Störgrößen z beeinflussen jedoch die Einstellung des Winkels der Klappe 7, so daß dieser Winkel mit einer er­ sten Stellhandlung nicht erreicht werden würde. Diesen Nachteil verhindert der Folgeregler 12. Mittels Meßorgan 8 des Folgereglers 12 wird die tatsächliche Stellkraft bereits unter Abzug der störenden Kräfte erfaßt und dem Folgereg­ ler 12 neben der noch vorhandenen ursprünglichen Füh­ rungsgröße in Echtzeit zugeführt, so daß die Stellkraft noch während des Stellvorganges um den Betrag der störenden Kräfte korrigiert werden kann.

Es wird somit verhindert, daß sich mit einer gerin­ geren Stellkraft (in Folge Störgrößeneinfluß) erst ein gerin­ gerer Winkel der Klappe 7 einstellt, um dann in einem nach­ folgenden, weiteren Regelungsschritt erneut um die Diffe­ renz des Störgrößeneinflusses in einem Winkel verstellt zu werden. Der Folgeregler 12 ermöglicht eine hohe dynami­ sche Reaktion auf die an der Klappe 7 angreifenden, hoch dynamischen Kräfte sowie eine Erfassung der benannten Störgrößen in ihrer Gesamtheit. Das entspricht einer Echt­ zeit-Regelung.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verstellung einer im Rotorblatt eines Hubschraubers schwenkbar gelagerten Klappe, wobei mittels eines Meßorgans die Verstellung der Klappe er­ faßt und als elektrisches Meßsignal an eine Regelein­ richtung geliefert wird und eine Reglerausgangsgröße gebildet wird, die einen mittels Kraftübertragungsmit­ tel mit der Klappe verbundenen Piezoaktuator regelt, und das Kraftübertragungsmittel mit der Stellkraft die Verstellung der Klappe ausführt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Meßorgan (8) an dem Kraftübertra­ gungsmittel (11) zwischen Piezoaktuator (10) und Klappe (7) die Stellkraft erfaßt und als Meßsignal an einen der Regeleinrichtung (13) unterlagerten Folge­ regler (12) zugeführt wird, der Folgeregler (12) als Führungsgröße die Reglerausgangsgröße (Y_R2) der Re­ geleinrichtung (13) erhält und der Folgeregler (12) eine Reglerausgangsgröße (Y_R1) bildet, die dem Piezoak­ tuator (10) zugeführt wird und der Winkel-Sollwert- Geber (4) der Regeleinrichtung (13) eine Vorgabe des Sollwertes von einem äußeren Regler (5) erhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein kraftmeßendes Meßorgan (8) verwendet wird.

3. Regeleinrichtung zur Verstellung einer im Rotor­ blatt eines Hubschraubers schwenkbar gelagerten Klappe, wobei mindestens ein Meßorgan angeordnet ist, das mit der Regeleinrichtung verbunden ist und ein regelbarer Piezoaktuator mittels Kraftübertragungsmit­ tel mit der Klappe verbunden ist, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Meßorgan (8) auf dem Kraftübertragungs­ mittel (11) angeordnet ist und mit einem der Regelein­ richtung (13) unterlagerten Regler (9) verbunden ist und der Regler (9) mit dem Piezoaktuator verbunden ist und die Regeleinrichtung (13) mittels Sollwert-Ge­ ber (4) mit einem äußeren Regler (5) verbunden ist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Meßorgan (8) die durch das Kraftübertragungsmittel (11) übertragene Kraft mißt.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Meßorgan (8) ein Dehnungs­ meßstreifen ist.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Regler (9) die Kraftmeßgröße re­ gelt.