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Elektrische Einrichtung zur Beschleunigungsregelung von Strahltriebwerken
Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur automatischen Beschleunigungsregelung von
Gasturbinen, wie sie als Rückstoß- oder Strahltriebwerke in Flugzeugen Verwendung
finden.
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Zweck der Erfindung ist es, eine Beschleunigungsregeleinric.htung
für Flugzeuggasturbinentriebwerke zu schaffen, bei der ein bestimmter Regelbereich
mit Treibstoffhöchstmengenbegrenzung für die Beschleunigung und ein zweiter, höherer
Regelbereeich für beschleunigungsfreie Betriebsverhältnisse vorgesehen ist.
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Um bei Verwendung der Gasturbine in einem Strahltriebwerk einen weiten
»Schub«-Bereich zu erbalten, d. h. die Rückstoßkraft des Triebwerkes innerhalb weiter
Grenzen ändern zu können, und um ferner rasche Schubänderungen zu erhalten, kann
man das Triebwerk mit einer Schubdüse veränderlichen Querschnitts ausrüsten. In
Verbindung mit einer derartigen Schuhdüse veränderlichen Querschnitts kann dann
eine Regeleinrichtung vorgesehen sein., mit deren Hilfe nach Vorwahl durch den Pilot
verschiedene Kombinn.tionen von Dreh zahl- und Düsenquerschnittswertei mit entsprechend
veränderter Schubkraft oder Leistung automatisch so eingestellt werden können, so
daß das Triebwerk jeweils mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet. Eine derartige Regeleinrichtung
ist zweckmäßigerweisesobescha,ffen, da,ß bei Einstellung auf höheren Schub der Düsenquerschnitt
entsprechend verkleinert wird. Stellt der Pilot seinen Regler, der im folgenden
als Schubwähler bezeichnet werden soll, sehr rasch auf hohen Schul> ein, was letzten
Endes eine entsprechende Verkleinerung des Düsenquerschnitts zur Folge haben würde,,
so würde normalerweise die Regeleinrichtung bestrebt sein, särntlichedurch den Schubwähler
vorgeschriebene Einstellungen gleichzeitig vorzunehmen. Da die Düse sich sehr viel
schneller einstellen läßt, als das Triebwerk beschleunigt werden kann, würde in
diesem Falle der Düsenquerschnitt bereits während des Beschleunigungsvorganges verkleinert
werden. Eine derartige Düsenquerschnittsv erkleinerung während des Beschleunigungsvorganges
hat jedoch zur Folge, da$ die Beschleunigung eine längere Zeit, als normalerweise
erforderlich, in Anspruch nimmt, da, bei Verkleinerung des Düsenquerschnitts sich
der dem Turbinenausla.ß entgegenwirkende Gegendruck erhöht und sich damit bei gegebenem
Brennkammerdruck die Geschwindigkeit der aus den Brennkammern durch die Turbine
strömende Gase erniedrigt. Folglich ist es erwünscht, eine Einrichtung vorzusehen.,
die dafür sorgt, daß während des Ansteigens der Drehzahl der Düsenquerschnitt nicht
verkleinert werden kann.
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Weiter soll durch die Erfindung eine verbesserte Regeleinrichtung
geschaffen werden, die dafür sorgt, daß während des Beschleunigungsvorganges sowohl
die Schließung des Düsenquerschnitts als auch die Auslösung der Na,chbrenntreibstoffzufuhr
verhindert wird.
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In den Zeichnungen zeigt Fig.l ein schematisches Schaltbild einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 2 eine graphische Darstellung
der verschiede nen Werte für die! Düsenöffnung, die Turbinendrehzahl und die Nachbrenntreibstofförderung,
wie sie sich wunsch- und erfindungsgemäß für verschiedene Schubwählereinstellungen
ergeben sollen.
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In Fig. 1 ist schematisch ein Gasturbinentriebwerk 10 gezeigt. Das
Triebwerk - im Volksmund häufig »Turbojet« genannt - besitzt einen Rotor 11, einen
Kompressor 12, Brennkammern 13, eine Turbine 14 und ein Schubrohr 15. Am Ende des
Schubrohres 15 kann eine querschnittsveränderliche Schubdüse 16 angebracht sein.
Im Schubrohr können., wie es z. B. bei 17 angedeutet ist, Nachbrenner eingebaut
sein. Den bei 18 angedeuteten Hauptbrennern kann von einem Haupttreibstoffventil
20 über eine Treibstoffleitung 19 der Treibstoff zugeführt werden. Das Ventil 20
wird von einem (nicht gezeigten) geeigneten
Treibstofftank über
eine Treibstoffleitung 21 mit Treibstoff versorgt.
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Mittels eines Schubwählerhebels oder Leistungshebels 22 wird über
eine bei 24 angedeutete Welle ein Spannungsteilergleitkontakt 23 eingestellt. Der
Gleitkontakt 23 greift an einem Spannungsteiler 25 eine der gewünschten Drehzahl
entsprechende Gleichspannung ab. Der Spannungsteiler 25 erhält von einer Spannungsquelle
26 eine angemessene Spannung. Das eine Ende des Spannungsteilers 25 liegt bei 27
an Masse. Der Gleitkontakt 23 ist bei 28 mit einem Widerstand 29 verbunden. Am Widerstand
29 liegt eine von einem Gleichrichter 30 gelieferte, der Triebwerksdrehzahl entsprechende
Spannung. Der Gleichrichter 30 wird über einen Transformator 34 und Leitungen 31
von einem Tachometergenera,tor 32, der über eine bei 33 angedeutete direkte Verbindung
vom Rotor 11 angetrieben wird, gesteuert. Die am Widerstand 29 liegende, vom Tachometergenerator
gelieferte Spannung hat eine solche Polarität, daß sie, der von dem Spannungsteilergleitkontakt
23 abgegriffenen Spannung entgegengerich.tet ist. Ist die gewählte Drehzahl erreicht,
so erscheint am Ausgangspunkt 35 des Widerstandes 29 eine Spannung gegenüber Masse,
die gleich Null ist. Bei einer etwaigen Abweichung von der gewählten Drehzahl wird
die resultierende., am Punkt 35 erscheinende »Fehlerspann.ung« über einen Widerstand
36, eine Leitung 37, einen Widerstand 38, eine Leitung 39, einen Widerstand 40 und
eine Leitung 41 einem Verstärker 42 zugeleitet. Der Verstärker 42 kann in an sich
bekannter Weise ausgeführt und über Ausgangsleiter 43 mit einem Stellmotor 44 verbunden
sein. Der Stellmotor 44 ist über eine schematisch bei 45 angedeutete Welle, mit
einem Nocken 46, der mittels eines geeigneten Nockenstöße@ls für eine entsprechende
Einstellung des Treibstoffventils 20 sorgt, verbunden. Tritt in der Eingangsleitung
41 des Verstärkers 42 irgendein Drehzahlfehlerimpuls auf, so wird dein Stellmotor
44 über die Leitungen 43 ein Verstärkerausgangsimpuls zugeführt, der für eine entsprechende
Bewegung des Motors und damit für eine Nachstellung des Treibstoffventils im Sinne
einer Erhöhung der Treibstafförderung und damit einer Drehzahlerhöhung oder im Sinne
einer Erniedrigung der Treibstofförderung und damit im Sinne einer Drehzahlerniedrigung
sorgt.
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Um ein Überschreiten der »Pumpgrenze« des Kompressors 12 auf Grund
der vorbeschriebenen. Treibstoffmengenregelung zu verhindern, ist eine sogenannte
Treibstoffhöchstmengenbegrenzung vorgesehen, die für eine obere Begrenzung der Treibstoffmenge
in Abhängigkeit vom Kompresso-raustrittsdruck sorgt.
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In Fig.1 ist eine für diesen Zweck geeignete Schaltungseinrichtung
gezeigt, die mit einer Diode 47 ausgerüstet ist. Die Diode 47 ist mit dem Eingang
41 des Verstärkers 42 verbunden und ist mit ihrer Kathodenleitung 48 an den beweglichen
Gleitkontakt 49 eines Spannungsteilers 50 angeschlossen. Der Gleitkontakt 49 kann
durch die gegeneinanderwirkenden Kräfte einer evakuierten Druckdose 51 und einer
druckempfindlichen Druckdose 52, die über eine Druckleitung 53 mit dem Auslaß des
Kompressors 12 in Verbindung steht und somit auf den Kompressoraustrittsdruck anspricht,
betätigt werden. Der Spannungsteiler 50 ist über einen. Widerstand 55 mit einem
Nachlaufspannungsteiler 54 parallel geschaltet. An der Parallelschaltung aus dem
Spannungsteiler 50 und dem Spannungsteiler 54 mit dem Widerstand 55 liegt eine von
einer geeigneten Spannungsquelle, z. B. einer Batterie 56, gelieferte Gleichspannung.
Der Gleitkontakt 57 des Spannungsteiler 54 ist mechanisch mit der Welle 45 des Treibstoffventilstellmotors
44 verbunden und liegt elektrisch an Masse.
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Die eben beschriebene Einrichtung sorgt dann für eine Drosselung der
Treibstoffzufuhr, wenn analog diesem der Spannungsteilergleitkontakt 57 einen Wert
annimmt, der einer bestimmten Stellung des Kontaktes 49 des vom I#Z-onipresscraustrittsdruclc
ge-#teuerten Spannungsteilers entspricht. Tritt ein sclcher Zustand ein, so wird
die Kathodenleitung 48 gegenüber der Anode der Diode 47 negativ, so daß die Diode
47 leitend wird und die am Punkt 35 liegende und durch die Zwischenwiderstände 36,
38 und 40 hergeleitete Spannung sich entsprechend erniedrigt. Als Folge davon kann
in der Verstärkereinga:ngsleitung 41 kein positiver Impuls erscheinen.. Vielmehr
kann in der Leitung 41 sogar eine negative Spannung auftreten, was eine Drosselung
der Treibstofförderung bis zur Herstellung eines Gleichgewichtszustandes zur Folge
hat.
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Ein Hinaufsetzen der Höchstgrenze der Treibstoffine:tige über den
durch die Einrichtung normalerweise vorgeschriebenen Wert ist dann zulässig, wenn
die volle Drehzahl im wesentlichen erreicht ist. Dementsprechend sind Relaiskontakte
58 vorgesehen., die normalerweise geöffnet sind und im geschlossenen Zustand den
mit dein Nachla:ufspannungsteiler 54 in Reihe liegenden Widerstand 55 kurzschließen.
Diese Kontakte 58 gehören zu einem Relais 59, das im folgenden als Beschleunigungsrelais
bezeichnet werden soll, und zwar deshalb, weil es dann und nur dann erregt wird
und in Tätigkeit tritt, wenn das Triebwerk beschleunigt wird. Während des Beschleunigungsvorganges,
wenn die Kontakte 58 geschlossen sind und damit der Widerstand 55 kurzgeschlossen
ist, arbeitet daher die Treibstoffhöchstmengenbegrenzung mit einem Regelbereich,
in dein die weitestzulässige Öffnung des Treibstoffventils, ausgedrückt durch die
Stellung des Nachlaufspannungsteilergleitkontakts, jeweils der Maximalstellung des
Kontakts 49 des vom Kompressoraustrittsdruck gesteuerten Spannungsteilers in einem
bestimmten Verhältnis entspricht. Sobald. die Beschleunigung aufhört, tritt das
Relais 59 außer Tätigkeit, so daß die Kontakte 58 geöffnet werden und der Widerstand
55 wieder zum Spannungsteiler 54 in Reihe hingeschaltet ist. Dieser Relaisschaltvorgang
wirkt sich auf das Verhältnis der beiden Kontakte 49 und 57 zueinander und damit
auf den restlichen Teil des Treibstoffhöchstmengenbegrenzungskreises so aus, als
ob der Nachla,ufspannungsteilergleitkontakt 57 ein. Stück hach unten bewegt worden
wäre, so daß dieser Kontakt nunmehr für eine entsprechende zusätzliche Aufwärtsbewegung
frei ist und damit die'. Treibstofförderung um einen entsprechenden Betrag erhöht
werden kann. Auf diese Weise wird der Regelbereich der Treibstoffhöchstmengenbegrenzungseinrichtung
immer dann nach oben erweitert, wenn das Beschleunigungsrelais 59 außer Tätigkeit
tritt.
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Der Erregerkreis für das Beschleunigungsrelais 59 ist wie, folgt aufgebaut:
Vom Punkt 35, der die Drehzahlfehle.rspannung führt, ist über einen Widerstand 60
eine Verbindung nach einem Verstärker 61 vorgesehen. Der Ausgang des Verstärkers
61 ist über einen Widerstand 62 mit dem Gitter 63 einer Röhre 64 verbunden. Im Anodenkreis
der Röhre 64 liegen die Wicklung 65 des Beschleunigungsrelais 59 sowie eine Anodenhetriebsspannungsquelle
66. Das Gitter 63 kann von einer Batterie 67 über einen Widerstand 68
und
(leii @-@'iderstand 62 negativ vorgespannt werden.. Durch die Zwischenschaltung
des Verstärkers 61 ist dafür gesorgt, daß die jeweiligen Polaritätsverhältnissu
erhalten bleiben, so c12!.13 die Erregerstufe für clab. Beseiileunigungsr°lais immer
dann anspricht, wenn ain Punkt 35 eine positive Fehlergleichspannung auftritt. Und
zwar ist dies immer dann der Fall, wenn die tatsiieliliche Drehzahl niedriger als
der vorgewählte Wert ist und entsprechend eine Erhöhung der Treibstofförderung sowie
eine Beschleunigung des Triebwerks gefordert ist. Dies bedeutet, daß da.,# Beschleunigungsrelais
59 immer dann erregt wird, wenn (las Triclnverk beschleunigt wird. Erscheint ani
Punkt 35 eine Spannung, die gegenüber Masse Null oder: negativ ist, so wird das
Beschleunigungsrelais nicht beeinflußt. Die dem Gitter 63 von der Batterie 67 zugeführte
Vorspannung wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß, uin die Röhre 64 zu entriegeln
und einen für die Auslösung des Beschleundgungsrelais 65 hinreichenden Stromfluß
in der Relaiswicklung zu erhalten, am Punkt 35 eine positive Drehzahlfchlerspannung
erscheinen inuß, die einer Drehzahleinstellung entspricht. die mindestens um einen
Betrag von etwa. 21/2% der Höchstdrehzahl über dein _jeweils erreichten tatsächlichen
Drehzahlwert liegt.
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Die Keinlinie des vom Drehzahlwähler betätigten Spannungsteil-; rgleitkontakt,°s
23 könnte an sieh so gewählt sein, daß der abgegriffene Spannungswert der jeweils
vorgewählten Drehzahl entspricht. In diesem Falle würde bei Erreichen dieser Drehzahl
der ain Punkt 35 erscheinende Drehzahlfehlerimpuls auf Null reduziert und dadurch
der Beschleunigungsrelaiskreis einschließlich des Verstärkers 61 und der Röhre 64
außer Betrieb gesetzt werden. Zweckmäßigerweise i*iclltet inan es jedoch so ein,
daß mit dein Spa,nnuu,gste-ilc:rlc()ritakt 23 jeweils eine Spannung abgegriffen
wird. die einem Drehzahlwert, der höher ist als die viergewählte Drehzahl, entspricht,
und sieht dann allerdings einen fre.quenzeznpfindlichen Kreis vor, der auf die der
Höchstdrehzahl entsprechende Tachonietei-frcduenz in der Weise anspricht, daß diese
Hücbstdrchzahl nicht überschritten werden kann. Ein derartiger direkt an die Tachometerausgangsleitungen
31 angeschlossener frequenzenipfindlic:her Kreis wird dann mit einem Filter ausgerüstet,
das aus einem Kondensator 69 mit einer parallel geschalteten Spule 70 1>cstelit.
Im Spulenzweig dieses Filters kann ein zusätzlicher Kondensator 71 eingeschaltet
sein., der dem Filter eine schärfer definierte Fre.quezzcha,rakteristik erteilt.
DieAusgangsspannung dieses frequenzempfindlichen Filters wird über eine: Leitung
72 der Kathode einer Höchstdrelizalilliegrenzungsdiocfe 73 zugeführt. Die Kathode
der Diode 73 wird von einer geeigneten positiven Spannungsquelle, z. B. der Batterie
74, über eine Widerstandsanordnung aus einem Spannungsteiler 75 und einem weiteren
Widerstand positiv vorgespannt. Wird bei Erreichen der Höchstdrehzahl durch das
Filter finit dem Kunden-Bator 69 und der Spule 70 eine Tachoineterspalinung
von genügend großer Amplitude hindurchgeschic.kt, sc. wird die durch die Batterie
74 bereitgestellte Vorspanilung durch die negativen Hälften der Wechselspannung
überwunden, und die Diode73 wird leitend. Dadurch wird die am Punkt 35 erscheinende
positive Fehlerspannung,' die andernfalls ein weiteres Ansteigen der Drehzahl zur
Folge haben. würde, entsprechend erniedrigt. Infolge der »Halbweg«-Leitung durch
die Diode 73 erscheint am Punkt 37 eine zerhackte Spannung. Um die sich daraus ergebende
Spannungskräuselung zu vermeiden, kann inan die Diode 73 liebst dazugehörigen. Kathodenwiderständen
mit einem Kondensator 77, der für eine angemessene Spann.ungsglättung sorgt., überbrücken.
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Am Punkt 35 tritt ständig eine Fehlergleichspa.n nung .,cii positiver
Polarität auf, was eine stä n.digc Erregung des Beschleunigungsrelais 59 zur Folge
haben würde. Da. dies offenbar nicht erwünscht ist, ist a.11 deal Eingang des Beschleunigungsrela.isverstärkers
61 eine Diode 78 angeschlossen, die mit ihrem alld<.ren, ka,thodeiseitigen Ende
an einem Kondensator 79 liegt und über diesen den die Höchstdrehzahl anzeigenden
Frequenzimpuls aus der Leitung 72 empfängt. Die Diode 78 erhält ebenfalls aus der
Spannungsquelle 74 über den Spannungsteiler 75 und eine separate, aus Widerständen
80 und 81 bestehende Spannungsteileranordnung eine geeignet bemessene positive Vorspannung.
Die Diode 78 wird daher wie die Diode 73 jedesmal dann leitend, wenn vom Filterkreis
eile Impuls abgegeben wird. In einem solchen Falle erniedrigt sich die Eingangsspannung
des Verstärkers 61 um einen dein Widerstand 60 entsprechenden Spannungsabfall, wodurch
das Beschleunigungsrelais 59 abgeschaltet wird. Da dieKathode derDiode 73 ungefähr
die gleiche Spannung führt wie der Gleitkontakt des Spannungsteilers 75 und da.
demgegenüber die Spannung an der Kathode, der Diode 78 um den Spannungsabfall am
Widerstand 80 reduziert ist, wird die Diode 78 bei einer niedrigeren Frequenz und
einer geringeren Drehzahl leitend als die Diode 73. Der Beschleunigungsrelaiskreis
wird daher bei einer Drehzahl abgeschaltet, die unterhalb der Höchstdrehzahl liegt.
Die Vorspannung für die Diode 78 wird zweckmäßigerweise- so gewählt, da.ß die Sperrung
des Verstärkers 61 und damit die. Abschaltung des Beschleunigungsrelais 59 bei einer
Drehzahl erfolgt, die ungefähr um 21/2% unter der Höchstdrehzahl liegt. Die Maßnahme,
beide Dioden 73 und 78 aus ein und derselben Spannungsquelle 74 über eine gemeinsame
Verbindung am Spannungsteiler 75 vorzuspannen, ist deshalb vorteilhaft, weil damit
durch Einstellung des Spannungsteilers 75 die Vorspannung f ü r bei de D ioden glei
chze i t ig ei ngeregel t wird.
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Um dafür zu sorgen, daß die. aus Sicherheitsgründen lnaxinia.l zulässige
Triebwerkstemperatur nicht überschritten wird, kann inan im Schubrohr 15 unmittelbar
stromabwärts von der Turbine 14 Thermoelemente 82 zur Wahrnehmung der Triebwerkstemperatur
anbringen. Der von den Thermoeleinentei 82 gelieferte Impuls kann über Leitungen
82' in Konipeisa,tions schalturig zu einer Bezugstenperaturspann.ung gebracht werden.
Diese Bezugstemperaturspa,nnung kann von einer geeigneten Spannungsquelle: 84 über
cin::n Widerstand 85 an einen Widerstand 83 gelegt werden. Die aus der Kompensation.
der Spannung am Widerstand 83 und der Spannung der Thermoelemente 82 verbleibende
Temperaturfehlerspannung wird über Leitungen 86 einem Verstärker 87 zugeleitet.
Die ani Punkt 88 crsclieinendc Ausgangsspannung des Verstärkers 87 wird über einen
Leiter 89 sowie über ll0rll1a.lerweise ge;öf£nete Beschleunigungsrelaiskotit<l.1<tc:
90 1111d einen Leiter 91 einer Temperaturbegrenzungsdiode 92 zugeführt. Dieser Temperaturlxagrenzungskreis
kann so eingerichtet sein, daß, wenn die durch die Spannung von den Thermoelementen
82 angezeigte. Triebwerkstemperatur über den durch die Spannung am Widerstand 83
gegebenen Normaltemperaturwert hinausgeht, der Verstärker 87 in der Weise erregt
wird, daß er ani Ausgangspunkt 88 eine nega .tive Spannung liefert, die die Kathodenspannung
der Temperaturbegrenzungsdiode 92 herabdrückt, so
daß die Diode
92 leitend und damit die Drehzahlfehlerspannung, die andernfalls vom Punkt 35 her
übertragen werden würde, um einen dem Spannungsabfall am Widerstand 38 entsprechenden
Betrag erniedrigt wird. Bei dem erläuterten Funktionsablauf ist vorausgesetzt, daß
die normalerweise geöffneten Beschleunigungsrela,iskontakte 90 geschlossen, sind.
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Es hat sich. gezeigt, daß während der kurzen Zeitspannen, innerhalb
deren eine Triebwerksbeschleunigung stattfinden kann, höhereTriebwerkstemperaturen
zugelassen werden können als beim Dauerbetrieb. Da die Beschleunigung unbedingt
innerhalb einer möglichst kurzen Zeitspanne erfolgen muß, ist es sehr erwünscht,
während der Beschleunigung mit einer derartig erhöhten Übergangstemperatur und den
dadurch ermöglichten erhöhten Kraftstoffördermengen zu arbeiten. Dementsprechend
ist das Beschleunigungsrelais 59 mit normalerweise geöffneten Kontakten 93 ausgerüstet.
Die Kontakte 93 sind so angeordnet, daß die am Widerstand 83 liegende Noarmaltemperaturspannung
über einen Widerstand 95 um eine weitere Spannung, nämlich die der Spannungsquelle
94, verstärkt werden kann. Die Quelle 94 erzeugt eine Spannung, die höher ist als
die normalerweise von der Quelle 84 an den Widerstand 83 gelegte Spannung. Die Normalspannung
wird also während der Beschleunigung erhöht, so daß damit höhereTriebwerkstemperaturen
und eine raschere Beschleunigung zugelassen werden. Auf diese Weise wird eine sehr
geschmeidige temperaturbegrenzende Regelanordnung geschaffen, die bei Zulassung
von. gegenüber dem Normalwert erhöhten Temperaturen eine sehr rasche Beschleunigung
zuläßt und andererseits doch die Gefahr etwaiger Übertemperaturschäden so gering
als irgend möglich hält.
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Die Einstellung der querschnittsv eränderlichen Strahldüse 16 kann
mittels einer schematisch bei 96 angedeuteten. Welle, die durch einen Stellmotor
97 in Drehung versetzt wird, geändert werden. Der Düsenstellmotor 97 kann so geschaltet
sein, daß er von einem Düsenquerschnittsregler 100 über Leiter 98, in die ein Doppelsatz
von normalerweise geschlossenen Relaiskontakten 99 eingeschaltet ist, erregt wird.
Die Welle 96 des Stellmotors 97 besitzt eine Verlängerung, die mit dem Düsenquerschnittsregler
100 so verbunden ist, daß dem Regler die: jeweilige Düsenstellung angezeigt wird.
Der Düsenquerschnittsregler 100 kann ferner über eine schematisch als Welle
101
angedeutete Verbindung an den. Schubwähler 22 angeschlossen sein, so daß
er von diesem eingestellt werden kann.
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Der Schubwähler 22 kann ferner über eine als Welle 102 angedeutete
mechanische Verbindung an einen Nachbrennertreibstoffmengenregler 103 zwecks Einstellung
der gewünschten Nachbrenn.ertreibstoffförderung angeschlossen sein. Der Nachbrennertreibstoff
kann von. einem geeigneten (nicht gezeigten) Treibstofftank über eine Einlaßleitung
104 dem Regler 103 und von, dort über eine Treibstofförderleitung 105 den bei 17
angedeuteten Nacherhitzungsbrennern zugeführt werden,. In der Treibstoffleitung
105 kann sich ein magnetspulenbetätigtes Absperrventil 106 befinden, das durch einen
Stromkreis erregt wird, der durch eine geeignete Spannungsquelle 107 und einen Satz
von normalerweise geschlossenen Beschleunigungsrelaiskontakten.108 gebildet wird.
Das Ventil 106 ist daher immer geöffnet, außer wenn das Beschleunigungsrelais 59
in Tätigkeit ist.
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Sodann kann ein temperaturgesteiiertr Düsenquerschnitt- und Nachbrennertreibs_toffmengenbegrenzerkreis
109 vorgesehen sein. Der Kreis 109 empfängt vom Ausgang 88 des Temperaturverstärkers
87 Temperaturbegrenzungsimpulse, die sodann über Leitungen 110 und 111 an den Düsenquerschnittsregler
100 und den Nachbrennertreibstoffmengenregler 103 weitergeleitet werden.
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Die schematisch als Wellen24, 101 und 102 angedeuteten Verbindungen
vom Schubwähler 22 zum Drehzahlwählspannungsteiler 25 sowie zum Düsenquerschn.ittsregler
100 und zum Nachbrennertreibstoffmengenregler 103 sind zweckmäßigerweise mit nichtlinearen
mechanischen oder elektrischen Komponenten. ausgestattet, so daß bei progressiv
fortschreitendem Aufdrehen des Schubwählers von minimalem auf maximalen Schub sich
nach einem vorgegebenen Schema unterschiedliche Drehzahl- und Düsenöffnungswerte
sowie Nachbrennertreibstoffmengen ergeben. Eine derartige: Nichtlinearität kann
zweckmäßigerweise dadurch erreicht werden, daß man z. B. für den Drehzalilwählspannungsteiler
25 besonders ausgebildete Spannungsteiler mit der gewünschten nichtlinearen. elektrischen
Kennlinie vorwendet. Und zwar sind derartige Vorkehrungen in solchen Fällen. angebracht,
wo der Düsenquerschnittsregler 100 und der Nacherhitzungstreibstoffmengemregler
103 ebenfalls in Form elektrischer Potentialregler von bereits vorgeschlagener Art
ausgebildet sind.
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Fig. 2 zeigt in diagrammatischer Form ein bevorzugtes Schema, nichtlinearer
Betriebsdaten, wie sie durch Einstellung des Schubwählers »gewählt« bzw. verlangt
werden. In diesem Diagramm ist auf der Abszisse die Schubwählerstellung in Graden
aufgetragen, wobei 0° der Einstellung auf minimalen Schub bzw. der abgeschalteten.
Stellung und 110° der Einstellung auf maximalen Schub bzw. der voll aufgedrehten
Wählerstellung entsprechen. Die Kurven veranschaulichen die bei den verschiedenen
Schubwählerstellungen jeweils gewünschten Betriebswerte, ausgedrückt in Prozenten
der entsprechenden Nennwerte:, und zwar die Kurve 112 für den Düsenquerschnitt,
die Kurve 113 für die Turbinendrehzahl, wie sie auf dem Wege der Haupttreibstofmengenregelung
eingestellt wird, und die Kurve 114 für die Nach -brennertreibstofförderung. Dabei
sind auf der Ordinate jeweils die Betriebswerte in Prozenten der entsprechenden
Nennwerte abzulesen.
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Sehr wichtig ist es, daß während der T riebwerksbesch.leunigung weder
der Düsenquerschnitt verkleinert noch die Nachbrennertreibstoffzufuhr ausgelöst
wird, da sonst der Gegendruck auf die Turbine ansteigen würde und der Beschleunigungsvorgang
nicht mit der äußersten Schnelligkeit, die sich andernfalls erzielen ließe, ablaufen
könnte. Dementsprechend dienen die normalerweise geschlossenen Besc.hleun.igungsrelaiskontakte
99 bzw. 108 dazu, während des Beschleunigungsvorganges, der bekanntlich vom Beschleunigungsrelais
59 wahrgenommen wird., die Verbindung zwischen dem Düsenquerschnittsregler und dem
Motor 97 zu unterbrechen. bzw. das Absperrventil 106 zu schließen, so daß weder
der Düsenquerschnitt verkleinert noch die Nachbrennertreibstoffz,ifuhr ausgelöst
werden kann. Wird der Schubwähl.#r sehr plötzlich auf 110°, d. h. auf maximalen
Schub, eingestellt, so könnte die Maschine normal wie folgt reagieren: Die mit dem
Drehzahlwählspannungsteilergleitkontakt 23 eingestellte Drehzahl entspricht. denn
Höchstwert; folglich öffnet sich das Haupttreibstoffventi120 so rasch als möglich
auf denjenigen Maximalwert, der durch die Treibstoffhöchstmengen-
Begrenzung
seitens der Diode 47 und dem daran angeschlossenen Schaltungskreis zugelassen, wird;
oder es kann. vielleicht passieren, daß, wenn eine entsprechend hohe Temperatur
erreicht wird, die Temperaturbegrenzungsdiode 92 mit dem dazugehörigen Schaltungskrens
im Sinne einer Drosselung der Haupttreibstofförderung wirksam wird. Sodann wird
das Beschleunigungsrelais 59 ausgelöst, so daß die Treibstoffhöchstmengenbegrenzung
der Diode 47 mittels der Beschleunigungsrelaiskontakte 58 auf den niedrigen Regelbereich
umgeschaltet, die Höchsttemperaturbegrenzungsdiode 92 über die Relaiskontakte 90
eingeschaltet und die Bezugstempera.turspannung durch die Relaiskontakte 93 auf
den, höheren Temperaturwert eingestellt wird. Ferner treten infolge der Öffnung
der Relaiskontakte 99 und 108 der Düsenquerschnittsregler und der Na.ch.brennertreibstoffregler
außer Tätigkeit. Ist die Höchstdrehzahl in etwa erreicht, so wird der Abschaltkreis
mit der Diode 78 wirksam. Dadurch wird das Beschleunigungsrelais 59 abgeschaltet,
was zur Folge hat, daß durch Öffnen der Relaiskontakte 58 die maximale Treibstoffgrenze
erhöht, durch Öffnung der Kontakte 90 die temperaturabhängige Haupttreibstoffmengenbegrenzung
außer Tätigkeit gesetzt, durch Öffnung der Kontakte 93 die Bezugsternpe.raturspannung
erniedrigt und durch Schließung der Kontakte 99 und 108 der Düsenquerschnittsregle.r
wieder eingeschaltet und die Nachbrennertreibstoffleitung 105 geöffnet wird. Der
Haupttreibstofffluß kann sodann wegen der Erhöhung der maximalen Treibstoffgrenze
sofort ansteigen, die Nachbrennertreibstoffzufuhr, die gemäß dem Schema bei Einstellung
des Schubwählers auf maximalen Schub einzusetzen hat, wird ausgelöst, und der Düsenquerschnittsregler
kann, vorausgesetzt, daß die Triebwerkstemperatur nunmehr den normalen Betriebswert
überschreitet, für eine bestimmte Düsenöffnung sorgen.
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Die Abschaltung der Temperaturbegrenzungsdiode 92 durch die Relaiskontakte90
erfolgt deshalb, weil es erwünscht ist, die Triebwerkstemperatur im beschleunigungsfreien
Betriebszustand entweder durch entsprechende. Einstellung des Düsenquerschnitts
oder durch Betätigung des Nac.hbrennertreibstoffmengenreglers über die Temperaturbegrenzungsstufe
109 zu regeln. Selbstverständlich würde eine derartige Abschaltung der genannten
Temperaturbegrenzung dann nicht erwünscht sein, wenn das System in einem Triebwerk
verwendet werden soll, das nicht mit Nachbrennern oder einer qu.erschnittsveränderlichem
Strahldüse ausgerüstet ist. Der temperaturbegrenzende Einfluß, der durch die Diode
92 auf das Haupttreibstoffördersystem ausgeübt wird, ist jedoch offenbar bei der
Beschleunigung erforderlich, da in diesen Falle der Düsenquerschnittsregler sowie
die Nachbrennertreibstoffeinrichtung durch das Beschleunigungsrelais in der oben
beschriebenen Weise abgeschaltet werden. Solange die temperaturbegrenzende Düsen-
und Nacherhitzungsregelung wirksam ist, ist eine unmittelbare Regelung der Haupttreibstoffzufuhr
durch die Stufe mit der Begrenzungsdiode 92 unerwünscht, da ein, gleichzeitiges
Wirksamwerden beider Temperaturbegrehzungsregler Unstabilitäten im Turbinenbetrieb
zur Folge haben könnte. Ferner ist unter beschleunigungsfreien Betriebsbedingungen
eine Regulierung der Triebwerkstemperatur zunächst durch Einstellung des Düsenquerschnitts
und danach durch Einschränkung der Nachbrennertreibstoffzufuhr anstatt durch direkte
Einschränkung der Haupttreibstofffzufuhr aus folgenden Gründen erwünscht: Die Temperatur
in demjenigen Triebwerksteil, der vom Standpunkt der Verhütung von ernsten Maschinenschäden
am kritischsten ist, wird vornehmlich durch das Ausmaß der Haupttreibstofzufuhr
beeinflußt. Der Haupttreibstofffluß wiederum wird durch die Düsenquerschnittseinstellung
und den Na,chbrennertreibstofffluß beeinflußt, und zwar deshalb, weil bei Verkleinerung
des Düsenquerschnitts oder bei Auslösung des Nachbrennertreibstoffflusses sich der
Turbinengegendruck erhöht, was zur Folge hat, daß die Drehzahl vorübergehend zurückgeht
und dadurch der Drehzahlregler veranlaßt wird, die Haupttrenbstofförderung zu erhöhen.,
um den. Drehzahlnennwert wiederherzustellen. Somit hat ein Ansteigen der Nachbrennertreibstofförderung
oder eine. Verkleinerung des Düsenquerschnitts zur Folge; da.ß auf dem Wege einer
Erhöhung des Turbinengegendruckes sich die Haupttreibstoffzufuhr zwecks Aufrechterhaltung
der Turbinendrehzahl erhöht, was wiederum einen entsprechenden Anstieg in der Triebwerkstenpera.tur
zur Folge hat. Umgekehrt wird durch ein Absinken der Nachbrennertreibstofförderung
oder eine Vergrößerung der Düsenfläche veranlaßt, daß der Drehzahlregler im entgegengesetzten
Sinne wirksam wird, so daß die Haupttreibstoffzufuhr gedrosselt und dadurch die
Triebwerkstemperatur erniedrigt wird; und das ist genau der Effekt, der durch den
temperaturbegrenzenden Düsenquerschnitt- und Nachbrennertreibstoffregler ausgelöst
wird. Würde die Temperatur ständig auf dem Wege eines direkten Einschränkung der
Haupttreibstoffzufuhr durch die Begrenzungsdiode 92 und die dazugehörigen Schaltorgan.e
ohne Rücksicht auf die Düseneinstellung und Nachbrennertreibstoffzufuhr begrenzt,
so würde als Folge davon die Turbinendrehzahl unter den Nennwert abfallen. Wie jedoch
bereits erwähnt, muß die Turbinenhöchstdrehzahl beibehalten werden, damit jeweils
die maximale Leistung zur Verfügung steht. Es kommt daher sehr darauf an, daß die
jeweils gewählten Drehzahlnennwerte nicht unterschritten werden. Ferner wird durch
die Verbrennung des Haupttreibstoffes an den Brennern 18 Triebwerksleistung reit
weit größerem Wirkungsgrad, erzeugt als durch die Verbrennung des Nachbsenüertreibstoffes
an den Düsen 17, und es ist daher äußerst erwünscht, daß immer dann, wenn der geforderte
Schub so hoch ist, daß der Nachbrennertreibstoff benötigt wird, die Haupttreibstoffzufuhr
mit demjenigen Höchstwert arbeitet, der der Höchstdrehzahl bei maximaler Triebwerkstemperatur
entspricht.
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Die den verschiedenen Schu.bwählerstellungen nach Abb. 2 zugeordneten.
Schemawerte für die Drehzahl, den Düsenquerschnitt und die Nachbrenn.ertreibstoffzufuhr
werden im Zuge der oben beschriebenen Regelwirkung dann nicht progressiv angenommen,
wenn eine schnelle Beschleunigung von minimalem Schub auf maximalen Schub verlangt
wird. .Vielmehr sind diese Schemawerte mit den gezeigten Konfigurationen so gewählt,
daß sich für die verschiedenen Schubeinstellungen, die durch Arretierung des Schabwählers
in den aufgetragenen Stellungen gewählt werden können. jeweils die für optimal erachteten
Betriebsbedingungen ergeben. Zum Beispiel wird bei einer Schubwählereinstellung
auf 55° kein Nach.Brenn,ertreibstoff, dagegen aber, wie aus der Kurve 113 'hervorgeht.
eine Drehzähl von ungefähr 85°/o und, wie aus der Kurve 112 hervorgeht, eine Düsenöffnung
von annähernd 1171/o verlangt. Obgleich nach der Beschleunigung auf einen derartigen
mittleren Schubwert die Relaiskontakte 108 sich schließen und dadurch
das
Absperrventil 106 geöffnet wird, kann dennoch kein Nachbrennertreibstoff gefördert
werden, da nach der Kurve 114 in Fig. 2 eine Nachbrennertreibstoffförderung nicht
verlangt ist. In ähnlicher Weise kann sich die Haupttrei.bs.toffzufuhr nicht so
gewaltig erhöhen, daß sie dem Grenzwert nahekommt, obgleich der an die Treibstoffhöchstmengenbegrenzun.gsdiode
47 angeschlossene Regelkreis infolge der Öffnung der Relaiskontakte 58 auf den höheren
Regelbereich eingestellt ist und ein diesem er'hö'hten Regelbereich entsprechender
Treibstofffluß bei dem gewählten Drehzahlwert von 85"/o- ein »Pumpen« des Kompressors
zur Folge haben könnte, nachdem der statische Regelzustand im wesentlichen erreicht
ist.
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Hauptzweck der durch die Tätigkeit der Relaiskontakte 58 bewirkten
Heraufsetzung des Haupttreibstoffregelbereiches ist es, nach Erreichung des Drehzahlnennwertes
denjenigen erhöhten Haupttreibstofffluß (von dem bekannt ist, daß er kein Pumpen
des Kompressors zur Folge hat) zu gestatten, der für die Einhaltung des Drehzahlnennwertes
bei Schließung der Düse und Einsetzen der Na,chbremnertreibstoffzufuhr mit entsprechender
Erhöhung des Turbinengegendrucks unter Höchstschubverhältnissen benötigt wird.
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Bei einer Einstellung auf mittleren Schub, z. B. bei der obenerwähnten
Einstellung auf 55°, oder vielleicht auch bei einer höheren Einstellung, z. B. auf
70°, kann es vorkommen, daß nach Beendigung des Beschleunigungsvorganges die tatsächliche
Düsenfläche größer ist, als sie nach der Kurve 112 eigentlich sein müßte; und zwar
tritt diese, Abweichung dann auf, wenn die Temperaturbegrenzungsstufe 109 zwecks
Einhaltung der maximalen Sicherheitstemperatur wirksam ist. Die Düsenquerschn.ittsänderungseinrichtung
kann so ausgebildet sein., daß sich. Düsenquerschnitte einstellen lassen, die größer
sind als irgendeiner der gezeigten. Werte, so daß vorsorglicher-weise ein. für den
Zweck der Temperaturbegrenzung ausreichend großer Düsenöffnungsbereich geschaffen
wird.