Flugsteuersystem und Autopilot Ap-155 der MiG-21R/M/MF/bis

[crossiathh]

Ich bin auf der Suche nach Informationen über Aufbau und Funktion des Flugsteuersystems (z.B. umkehrbar oder nicht-umkehrbar,Trimmung, künstliches Feedback, Dämpfung usw.) und des Autopilots AP-155 (z.B. 2- oder 3-kanalig [verwirrenderweise in Publikationen unterschiedlich angegeben], Modi [Dämpfung, Stabilisiuerung, Rückführung in Normallage, Aktivierung über Microschalter etc.], Verwendung [z.B. wann eingeschaltet] usw.). Leider habe ich bisher nur rudimentäre Hinweise gefunden, wäre aber sehr an Beschreibungen, Übersichtsdarstellungen und wenn möglich Grafiken interessiert. Kann jemand helfen?

 

[HorizontalRain]

@ crossiathh

Interessante Fragen, die Du da aufgeworfen hast.
Ich werde mal versuchen etwas zur Lösung beizutragen, wobei es doch schon fast 14 Jahre zurück liegt...

Den AP-155 kenne ich aus den MiG-21M/MF/MF75 und UM. Der AP wurde über den Sicherungsschalter "AP" eingeschaltet. Dazu mussten allerdings bereits das Kurssystem (KSI) und der künstliche Horizont (AGD) arbeiten, der Querruderverstärker eingeschaltet sein und Druck im Hydraulikhauptsystem anliegen. Damit arbeitete bereits die Betriebsart "Dämpfung", welche Schwingungen in der Längs- bzw. Querneigung (LN/QN) dämpfte.

Die Betriebsart "Stabilisierung" wurde i.d.R. auf der SLB kurz vor dem Start eingeschaltet. Es war jedoch auch möglich, diese im Flug bei beliebiger räumlicher Lage einzuschalten, dabei sollte jedoch vorher mit dem "Trimmer" der Steuerdruck am Knüppel weggetrimmt werden. Das Einschalten erfolgte mit der Knopflampe (grün) "Stabilisierung AP" am Gerätebrett. Die leuchtende Knopflampe zeigte das Einschalten des AP an. Der AP stabilisiert bei "Freigegebenem Steuerknüppel" (Kraftaufwand <1,5kg ?) die räumliche Lage. Liegt im Moment des Einschaltens eine Schräglage >6° an, so wird diese stabilisiert, <6° wird die Nullschräglage eingenommen und stabilisiert. Der Kurs wird bis zu einer LN+/-40° mit einer Genauigkeit von +/-3° stabilisiert (im Steig-/Gleitflug bzw. bei Aufholen/Verringern der Geschwindigkeit), im gleichförmigen Horzontalflug mit +/-1°. Beim Flug mit eingeschalteter Stabilisierung erhöhte sich der Kraftaufwand am Steuerknüppel etwas. Die Betriebsart (BA) Stabilisierung war voll Kunstflug/Luftkampftauglich. Es war allerdings zu beachten, dass bei LN >40° der Kurs und bei LN 80°...100° die Schräglage nicht stabilisiert wurden.

Damit beende ich die heutige UE (Unterrichtseinheit). In einer späteren UE (folgt "die Tage") behandeln wir die BA "Rückführung".

HR

 

[crossiathh]

@HorizontalRain

vielen Dank für die bisherigen sehr guten Informationen zu den Betriebsmodi "Dämpfung" und "Stabilisierung". Bevor Du die UE mit den anderen Modis weiterführst doch noch eine Frage zu Dämpfung und Stabilisierung: Wann wurden diese verwendet, sprich wurde der AP-155 im Betriebsmodus Dämpfung immer verwendet? Ausserdem habe ich verstanden, dass der Modus Stabilisierung explizit zugeschaltet wurde (... und wurde automatisch deaktiviert bei Bewegung des Steuerknüppel bzw. bei Überschreitung bestimmter Neigungswinkel und während dessen "nur" Dämpfung?). Wurde Stablisieung immer aktiviert und wenn nein, wann und warum wurde es getan? Das ist besonders unter dem Aspekt Kunstflugtauglichkeit interessant, sprich inwieweit hat der Modus unterstützt und wann behindert (z.B. höhere Steuerkräfte ... warum eigentlich?)?

 

[HorizontalRain]

@ crossiathh

Also die BA "Dämpfung" arbeitete immer, denn der Sicherungsschalter "AP" musste eingeschalten werden. Vielleicht habe ich mich was die BA "Stabilisierung" angeht, nicht exakt genug ausgedrückt. Sie wurde vor dem Start eingeschaltet und blieb in der Regel bis zur Landung eingeschaltet (Ausnahme: bei diversen "Besonderen Fällen" musste abgeschaltet werden - kommt aber später). Die Sache mit dem höheren Kraftaufwand war in der Vorschrift so beschrieben, ob der Unterschied tatsächlich signifikant war, kann ich leider nicht mehr sagen. Die Nichtstabilisierung der Schräglage im Bereich 80°...100° LN war technisch bedingt, denn in diesem Bereich arbeitete die Kreiselplattform nicht stabil (was auch kaum möglich ist).

Ich hoffe, dass ich jetzt mehr Klarheit schaffen konnte!

HR

 

[crossiathh]

Sehr interessant ... ich freue mich schon auf die nächsten UE's!

 

[HorizontalRain]

@ crossiathh

Wie "angedroht" nun die UE zur BA "Rückführung". Die Bezeichnung "Rückführung" ist wohl darauf zurückzuführen, dass es mittels dieser BA möglich war, das Flugzeug aus (fast) jeder beliebigen Lage wieder in den geradlinigen Horizontalflug zu überführen. Die BA "Rückführung" konnte aber noch mehr, aber der Reihe nach!

Eingeschaltet wurde die BA durch Drücken des am Steuerknüppel befindlichen Knopfes "Rückführung ein". Die eingeschaltete BA wurde durch eine Signallampe am Gerätebrett "Rückführung AP" angezeigt. Das Einschalten der BA konnte wie erwähnt, in jeder beliebigen Lage erfolgen. Bei Verlust der räumlichen Orientierung zum Herausführen aus einer (möglicherweise) gefährlichen Fluglage, aber auch zB beim Streckenflug mit konstanter Geschwindigkeit (unbeschleunigter Horizontalflug) in Höhen größer 100m über dem Geländerelief. In diesem Fall stabilisierte der AP die barometrische Flughöhe mit einer Genauigkeit von +/- 50m. In Höhen größer 10000m war der Fehler größer (ca. +/-200m).

All diese Dinge geschahen unter der Voraussetzung, dass die "berühmten Mikroschalter" unter der Gummimanschette am Steuerknüppel unterhalb des Griffstückes nicht "ansprachen", was immer dann geschah, wenn der Steuerdruck (Kraft) am Knüppel in Längsrichtung 1,7 ... 1,9kp und in der Querrichtung 1,0 ... 1,2kp überschritt. In diesem Fall ging dann die Signallampe "Rückführung AP" aus!

Die "Rückführung" aus der Rückenlage in die "Null-Schräglage" sollte in weniger als 6 sec erfolgt sein. Es konnte jedoch vorkommen, dass der AP gar nichts tat (wenn die Schräglage exakt 180° betrug, "wusste" er nicht was er tun sollte). Dieser Fall kam aber eigentlich nur bei "Materialflügen" vor und ein kurzer Schlag an den Knüppel (QN) beseitigte die genaue 180°-Schräglage, so dass der AP dann fast immer wieder "wusste", dass er gefordert war!

Nicht ganz unproblematisch war die Thematik Höhenverlust beim Abfangen! Abhängig von der Vertikalgeschwindigkeit (Sinkrate) konnte da ganz gut was zusammen kommen! Bei 200m/s Vertikalgeschwindigkeit (für Freunde der Masseinheit Fuss/Minute ca. 40000ft/min) musste man schon mit ca. 1500m Höhenverlust rechnen!

Die unangenehmste Sache war die Rückführung aus positiven LN. Dann hat der AP nämlich den Steuerknüppel nach vorn gedrückt. Folge: Schwebender Staub in der Kabine und ggf. eine Reihe von blinkenden und leuchtenden Signalisationen (zB KS-Rest oder min. Schmierstoffdruck). Aber auch dies ging vorbei!

So das war`s im wesentlichen zur BA "Rückführung". In der nächsten (voraussichtlich letzten) UE geht es dann noch um die Handlungen in besonderen Fällen.

HR

 

[crossiathh]

@HorizontalRain

Sehr interessant. Gab es auch die Kopplung mit dem Funkhöhenmesser, so dass ein automatisches Abfangen des Flugzeuges bei einer Mindesthöhe erfolgte. Wenn ja, konnte diese vom Piloten frei gewählt werden ... und auch im Flug? Was war die "typisch" verwendete Mindesthöhe?

 

[HorizontalRain]

Gab es auch die Kopplung mit dem Funkhöhenmesser, so dass ein automatisches Abfangen des Flugzeuges bei einer Mindesthöhe erfolgte.

@ crossiathh

Also, ich sag es mal so, ich will nicht ausschließen, dass es so etwas gab, für die MiG-21M/MF/MF75 würde ich aber ausschließen wollen, dass es vorhanden war, ich kann mich eigentlich nicht erinnern, es jemals genutzt zu haben! Aber wie bereits erwähnt - 1990 und früher ist lange her! :?!

Btw - die Konkretheit Deine Fragen ist schon bewunderswert :p - den AP 155 betreffend scheinst Du mir nicht gänzlich "unbeleckt" zu sein!

HR

 

[crossiathh]

@HorizontalRain
Ich beschäftige mich gerade mit dem Flugsteuersystem SAU-23 der MiG-23 (und anscheinend auch, in welcher Version auch immer, in der MiG-21Bis SAU) und da war es nur konsequent den "Vorgänger" den AP-155 anzuschauen (Der wohl konkret für die MiG-21R gebaut wurde zur "Arbeitserleichterung" bei aufklärungseinsätzen.). Beide scheinen mit ihrem Erscheinen Mitte/Ende der 60iger sehr modern gewesen zu sein. Leider ist es immer sehr schwierig für solche Fragen entsprechende Informationenen zu bekommen. So gesehen sind Expertenantworten für jemanden der nicht mit dieser Technik zu tun hatte sehr hilfreich.
Deshalb bin ich auch schon auf die nächste "UE" gespannt.
In diesem Zusammenhang:
Handelt es sich bei der MiG-21 Flugsteuerung um eine nicht-umkehrbare oder umkehrbare, sprich trotz Hydraulikverstärker war der Steuerknüppel mechanisch mit dem Ruder verbunden, Steuerung?

 

[HorizontalRain]

Handelt es sich bei der MiG-21 Flugsteuerung um eine nicht-umkehrbare oder umkehrbare, sprich trotz Hydraulikverstärker war der Steuerknüppel mechanisch mit dem Ruder verbunden, Steuerung?

@ crossiathh

Über diese Problematik grüble ich schon seit dem Du die Frage erstmalig gestellt hattest. Mein Gefühl sagt mir, dass es eine umkehrbare Steuerung war, denn ich habe "ganz weit hinten" in der Einnerung, dass sich bei drucklosem (Hydraulik-) System und beim mechanischen bewegen zB. des Querruders (also "wackeln" an der Steuerfläche) der Steuerknüppel in der Kabine auch entsprechend bewegt hat. Sicher bin ich mir aber nicht! :?!

Gibt es denn hier keinen MiG-21 Techniker der dies noch drauf hat??? :HOT

HR

 

[Flugi]

Leute, ich bin 30 Jahre raus aus dem Geschäft! :D Außerdem war mein Flugzeug eine SPS/K. :engel:

Die Quersteuerung:
Aufbau: Steuerknüppel, Querruder, Rohrgestänge, Umlenkhebel, Lagerböcke, Kraftverstärker Bu-45A, Federbelastungsmechanismus, Mechanismus für Nichtlineare Übertragung, Ruderaggregat RAU-107, Autopilot KAP-2

Aufgabe des Federbelastungsmechanismus:
1. Imitation der aerodynamischen Kräfte am Steuerknüppel bei eingeschalteten Bu-45A
2. Der FF erhält ein Steuergefühl in Abhängigkeit zum Ausschlag der Querruder.
3. Rückführung des Steuerknüppels in die Neutrallage bei eingeschalteten Bu-45A

Aufgabe des Mechanismus für nichtlineare Übertragung:
1. Vergrößerung des Steuergefühls bei kleinen Querruderausschlägen
2. Bei ausgefallenen Bu-45A Verminderung der Kraft am Steuerknüppel durch kleinere Ruderausschläge. Bis 1,4 Mach kann der FF das Flugzeug steuern wenn der Bu-45A augefallen ist.

Aufgabe RAU-107:
Wandelt die Steuersignale des Autopiloten in mechanische Steuergrößen um. Dabei verstellt er die Querruder ohne das der FF den Steuerknüppel ausschlägt.

Fazit:
Trotz Hydraulikverstärker Bu-45A, alles mechanisch verbunden. ;)
Beim "wackeln" an den Querrudern hat sich der Steuerknüppel in der Kabine auch entsprechend bewegt.

Höhensteuerung, eigenes Kapitel und alles noch VS! :D

 

[crossiathh]

@HorizontalRain
@Flugschreiber

Sehr gut; wir kommen der Sache ja schon sehr nahe und können festhalten, dass bis zur Variante MiG-21R eine umkehrbare Steuerung, zumindest im Querruderkanal, mit Kraftverstärkern implementiert war.

@Flugschreiber
Da ich davon ausgehe das Du mit "VS" NICHT Verschlußsache meinst ;) , bin ich gespannt wie es für den Höhenruderkanal bzw. Seitenruderkanal ist!

 

[Flugi]

Da ich davon ausgehe das Du mit "VS" NICHT Verschlußsache meinst ;) , bin ich gespannt wie es für den Höhenruderkanal bzw. Seitenruderkanal ist!

VS= Viel Spass!

Mit der Seitensteuerung sind wir doch gleich fertig.
Die Kraftübertragung erfolgt von den Seitenruderpedalen zum Seitenruder über ein starkes Gestänge. Die am SR auftretenden aerodynamischen Kräfte werden vom FF aufgenommen und müssen überwunden werden.

Höhensteuerung folgt.

 

[crossiathh]

In der Zwischenzeit noch einmal zum AP-155:

Ich gehe davon aus, daß im Autopilotmodus "Stabilisierung" automatisch getrimmt wurde (also der statische Anteil des Ruderausschlags wurde in der jeweils stabilisierten Lage gegen Null gebracht, so dass u.a. bei Ausfall des Autopilots das Flugzeug richtig ausgetrimmt war). Gab es trotzdem Fälle wo, trotz eingeschaltetem AP-155, "von Hand" getrimmt wurde?

 

[HorizontalRain]

@ crossiath

Gab es trotzdem Fälle wo, trotz eingeschaltetem AP-155, "von Hand" getrimmt wurde?

Wenn ich mich recht erinnere, so musste man mit eingeschalteter BA "Stabilsierung" zur Einhaltung der Flughöhe beim Geschwindigkeitaufholen bzw. beim Abbremsen "nachtrimmen".

HR

 

[HorizontalRain]

@ crossiath

Nun noch zu den Fällen, in denen die BA des AP-155 unbedingt auszuschalten waren:
- beim Übergang ins Trudeln,
- beim Übergang in das sogenannte selbständige Drehen des Flugzeuges,
- beim Ausfall des Triebwerkes,
- beim Ausfall des Gleichstromgenerators,
- bei Triebwerksbrand,
- beim Ausfall beider Hydrauliksysteme (Haupt- und Verstärkersystem),
- vor Ausschalten des Querruderverstärkers,
- beim Ausfall des automatischen Hebelverstellmechanismus ARU-3W,
- vor der Arretierung des AGD (künstl. Horizont)
- nach der Landung.

Die BA wurden durch Drücken des Knopfes "AP aus" am Steuerknüppel ausgeschalten. Dabei erloschen auch die Lampen "Stabilisierung AP" und "Rückführung AP".

Damit ist mein Wissen über den AP-155 leider ausgeschöpft.

HR

 

[Flugi]

Wie versprochen, die Höhensteuerung. Gehört zwar nicht zur Eingangs gestellten Fragestellung, wurde aber zwischenzeitlich von Interesse.

Aufbau: Steuerknüppel, Steuergestänge, Umlenkhebel, Lagerböcke, Führungsrollenlager, Hermetische Herrausführung aus dem Cockpit, BU-51MS, Hebelverstellmechanismus ARU-3W, Federbelastungsmechanismus, Trimmmechanismus.

Aufgabe ARU-3W: Veränderung des Ausschlages der Höhenflosse bei gleichen Steuerknüppelausschlag in Abhängigkeit von Flughöhe und Geschwindigkeit. Also, eine automatische Anpassung und Veränderung des "Übersetzungsverhältnisses", Steuerknüppel- Federbelastungsmechanismus- Stabilisator. Der FF hat immer das gleiche Steuergefühl, unabhängig von Flughöhe und Geschwindigkeit.

 

[crossiathh]

@HorizontalRain

Vielen Dank für die umfangreichen Informationen zum AP-155. Die Funktionalität des AP-155 klingt sehr ähnlich zu den Grundfunktionalitäten der SAU-23 der MiG-23 Jäger Varianten (Hier gibt es noch einige Erweiterungen hinsichtlich Navigation, Landung, Waffensystem und eventuell LASUR). Wäre interessant zu wissen ob die MiG-21bis SAU weiterhin noch den AP-155 hatte oder bereits eine komplett neuen Autopilot a la MiG-23 (SAU-23) oder Su-22 (SAU-22).

Zu den Ausnahmesituationen:
Der Ausfall beider Hydraulikkreise verlangt die Deaktivierung des AP-155. Bedeutete das auch den Befehl zum Katapultieren? Wäre es nämlich eine nicht-umkehrbare Steuerung würden die Ruder nicht mehr zu bewegen sein. Man könnten dann im Umkehrschluss davon ausgehen, dass es sich um eine umkehrbare Steuerung handelt (sprich Hydrauliverstärkung nicht mehr verfügbar, aber die direkte mechanische Verbindung erlaubt weiterhin das Bewegen der Ruder).

@Flugschreiber
Danke für die Informationen. Vielleicht auch hier noch die Frage zur Umkehrbarkeit der Steuerung im Höhenkanal.

 

[crossiathh]

Ich wollte keine neues Thema aufmachen, da dieses hervorragend paßt:
Wo finde ich den Schalter zur Deaktivierung des Höhenruderkanals des AP-155 - "AP Längsneigung" (АП КРЕН ???) im Cockpit der MiG-21?

 

[DDA]

An einen speziellen AP Kren-Schalter kann ich mich (zumindest für die 21bis) nicht erinnern. Es gibt nur einen allgemeinen Ausschaltknopf, den braunen auf dem Panle.
Spannend hingegen ist der Schalter "opasn. wuisota" (gefährliche Höhe) auf dem AP- Panel. Ob in der 21bis eine Kopplung zum RW-UM existierte? Müssen wir mal weiter recherchieren...

Axel