DE102011120322A1

DE102011120322A1 - Verfahren und System zur Steuerung eines Hilfstriebwerks

Info

Publication number: DE102011120322A1
Application number: DE102011120322A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Kelnhofer; Dariusz Krakowski
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: DE102011120322B4; US9976684B2; US20130139891A1

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage (10) mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks (12) umfasst die Schritte Ermitteln eines Heiz- oder Kühlbedarfs eines zu klimatisierenden Flugzeugbereichs (24), Ermitteln eines Sollwerts (PSoll) mindestens eines Prozessluftstromparameters (P) in Abhängigkeit des ermittelten Heiz- oder Kühlbedarfs des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs (24), Steuern des Betriebs des Hilfstriebwerks (12) in Abhängigkeit des ermittelten Prozessluftstromparameter-Sollwerts (PSoll), Erfassen eines Istwerts (PIst) des mindestens einen Prozessluftstromparameters (P), Vergleichen des Prozessluftstromparameter-Istwerts (PIst) mit dem Prozessluftstromparameter-Sollwert (PSoll) und Steuern des Betriebs des Hilfstriebwerks (12) in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs des Prozessluftstromparameter-Istwerts (PIst) mit dem Prozessluftstromparameter-Sollwert (PSoll).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks.
In Verkehrsflugzeugen werden derzeit zur Klimatisierung der Flugzeugkabine üblicherweise sogenannte luftgestützte Klimaanlagen eingesetzt, wie sie beispielsweise in der DE 10 2008 053 320 A1 oder der nicht vorveröffentlichten DE 10 2010 054 448 beschrieben sind. Eine Flugzeugklimaanlage dient der Kühlung der Flugzeugkabine, die sonst durch Wärmelasten, wie z. B. Sonneneinstrahlung, Körperwärme der Passagiere und Abwärme von an Bord des Flugzeugs vorhandenen Geräten zu stark erwärmt würde. Darüber hinaus führt die Flugzeugklimaanlage ausreichend Frischluft in die Flugzeugkabine zu, um sicherzustellen, dass in der Flugzeugkabine ein vorgeschriebener Mindestanteil von Sauerstoff vorhanden ist.
Luftgestützte Flugzeugklimaanlagen, umfassen in der Regel ein Klimaaggregat, dem von den Triebwerken des Flugzeugs, einem separaten Verdichter oder einem Hilfstriebwerk (APU, Auxiliary Power Unit) verdichtete Prozessluft zugeführt wird. Im Flugbetrieb des Flugzeugs wird vorwiegend Triebswerkszapfluft zur Versorgung des Klimaaggregats der Flugzeugklimaanlage mit verdichteter Prozessluft genutzt. Im Bodenbetrieb des Flugzeugs wird dem Klimaaggregat der Flugzeugklimaanlage dagegen üblicherweise von dem Hilfstriebwerk verdichtete Prozessluft zugeführt. In dem Klimaaggregat wird die Prozessluft beim Durchströmen mindestens einer Wärmetauschereinheit sowie diverser Verdichtungs- und Expansionseinheiten abgekühlt und entspannt. Aus dem Klimaaggregat austretende gekühlte Prozessluft wird schließlich in eine Mischkammer geleitet und dort mit aus einem zu klimatisierenden Flugzeugbereich abgeführter Rezirkulationsluft gemischt. Die Mischluft aus der Mischkammer wird über entsprechende Mischluftleitungen in den gegebenenfalls in verschiedene Klimazonen unterteilten zu klimatisierenden Flugzeugbereich geleitet. Bei dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich kann es sich um eine Passagierkabine, ein Cockpit, einen Frachtraum, einen Crew-Ruheraum oder dergleichen handeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energieeffizientes Verfahren und System zur Steuerung des Betriebs eines zur Versorgung einer Flugzeugklimaanlage mit verdichteter Prozessluft genutzten Hilfstriebwerks bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein System zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks wird zunächst ein Heizbedarf oder ein Kühlbedarf eines zu klimatisierenden Flugzeugbereichs ermittelt. Bei dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich kann es sich um eine Flugzeugpassagierkabine, ein Cockpit, einen Frachtraum oder einen anderen Flugzeugbereich handeln. Der Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs kann beispielsweise auf der Grundlage eines Vergleichs einer Soll-Temperatur in dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich mit einer beispielsweise sensorisch gemessenen Ist-Temperatur in dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich ermittelt werden. Die Soll-Temperatur in dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich kann beispielsweise von einem Anwender vorgegeben werden oder in einem Speicher einer vorzugsweise elektronischen Steuereinheit zur Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage hinterlegt sein. Die Ermittlung des Heiz- oder Kühlbedarfs des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs erfolgt vorzugsweise ebenfalls durch die Steuereinheit zur Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage.
In Abhängigkeit des ermittelten Heiz- oder Kühlbedarfs des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs wird, beispielsweise ebenfalls durch die Steuereinheit der Flugzeugklimaanlage, ein Sollwert mindestens eines Prozessluftstromparameters ermittelt. Unter einem Prozessluftstromparameter wird hier ein Parameter verstanden, der für die Eigenschaften eines von dem Hilfstriebwerk abgezweigten und einem Klimaaggregat der Flugzeugklimaanlage zuführbaren Stroms verdichteter Prozessluft charakteristisch ist. Wenn der zu klimatisierende Flugzeugbereich einen hohen Heiz- oder Kühlbedarf hat, d. h. beispielsweise die Ist-Temperatur in dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich stark von der Soll-Temperatur in dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich abweicht, ist in der Regel auch ein hoher Prozessluftbedarf vorhanden. Umgekehrt ist der Prozessluftbedarf in der Regel vergleichsweise geringer, wenn der Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs gering ist. Der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Prozessluftstromparameter-Sollwert ist somit für den zur Deckung des ermittelten Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs erforderlichen Prozessluftbedarf charakteristisch.
Der Betrieb des Hilfstriebwerks wird dann zunächst in Abhängigkeit des ermittelten Prozessluftstromparameter-Sollwerts gesteuert. Die Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks kann von einer vorzugsweise elektronischen Hilfstriebwerkssteuereinheit übernommen werden, der von der Steuereinheit der Flugzeugklimaanlage der Prozessluftstromparameter-Sollwert übermittelt wird. Die Signalübertragung zwischen der Steuereinheit der Flugzeugklimaanlage und der Hilfstriebwerkssteuereinheit kann über entsprechende Signalübertragungsleitungen oder drahtlos erfolgen.
Im nächsten Schritt wird ein Istwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters erfasst. Mit anderen Worten, es erfolgt eine beispielsweise sensorische Überwachung des Prozessluftstromparameters, für den die Flugzeugklimaanlage einen heizbzw. kühlbedarfsabhängigen Sollwert ermittelt hat und der die Grundlage für die Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks durch die Hilfstriebwerkssteuereinheit bildet. Im nächsten Schritt wird der erfasste Istwert des mindestens einen Prozess-Luftstromparameters mit dem Sollwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters verglichen. Dieser Ist-/Sollwert-Vergleich ermöglicht es, zu überprüfen, ob der Betrieb des Hilfstriebwerks unter der Steuerung der Hilfstriebwerkssteuereinheit tatsächlich zu dem gewünschten Prozessluftstromparameter-Sollwert führt und folglich der Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs, wie gewünscht, gedeckt werden kann.
Der beispielsweise sensorische erfasste Istwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters wird vorzugsweise der Steuereinheit der Flugzeugklimaanlage zugeführt, die auch den Ist-/Sollwert-Vergleich durchführen kann. Das Ergebnis des Ist-/Sollwert-Vergleichs kann die Steuereinheit der Flugzeugklimaanlage dann an die Hilfstriebwerkssteuereinheit übermitteln. Alternativ dazu kann der Istwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters auch unmittelbar der Hilfstriebwerkssteuereinheit zugeführt werden, die dann auch den Ist-/Sollwert-Vergleich durchführen kann. Schließlich ist es denkbar, den Istwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters zunächst an die Steuereinheit der Flugzeugklimaanlage zu übermitteln, die diesen Wert zur Durchführung des Ist-/Sollwert-Vergleichs dann an die Hilfstriebwerkssteuereinheit weiterleitet.
Schließlich wird der Betrieb des Hilfstriebwerks in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs des erfassten Istwerts des mindestens einen Prozessluftstromparameters mit dem Sollwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters gesteuert, d. h. der Betrieb des Hilfstriebwerks wird an das Ergebnis des Ist-/Sollwert-Vergleichs angepasst. Wenn der Vergleich des Prozessluftstromparameter-Istwerts mit dem Prozessluftstromparameter-Sollwert zeigt, dass diese beiden Werte nicht voneinander abweichen, wird die Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks beibehalten. Wenn der Vergleich des Prozessluftstromparameter-Istwerts mit dem Prozessluftstromparameter-Sollwert dagegen eine Differenz zwischen dem Prozessluftstromparameter-Istwert und dem Prozessluftstromparameter-Sollwert aufzeigt, passt die Hilfstriebwerkssteuereinheit die Steuerparameter zur Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks entsprechend an. Eine Anpassung der Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks kann beispielsweise dann erfolgen, wenn die Differenz zwischen dem Prozessluftstromparameter-Istwert und dem Prozessluftstromparameter-Sollwert einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Beispielsweise kann die Betriebsintensität des Hilfstriebwerks nach unten korrigiert werden, wenn der Vergleich des erfassten Istwerts des mindestens einen Prozessluftstromparameters mit dem Sollwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters ergibt, dass das Hilfstriebwerk mehr Prozessluft produziert als zur Deckung des Heiz- oder Kühlbedarfs des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs erforderlich ist. Umgekehrt kann die Betriebsintensität des Hilfstriebwerks gesteigert werden, wenn der Vergleich des Istwerts des mindestens einen Prozessluftstromparameters mit dem Sollwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters erkennen lässt, dass der von dem Hilfstriebwerk erzeugte Prozessluftstrom nicht ausreicht, um die Flugzeugklimaanlage in die Lage zu versetzen, den Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs zu decken.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks ermöglicht es somit, eine Differenz zwischen dem Prozessluftbedarf der Flugzeugklimaanlage und dem von dem Hilfstriebwerk gelieferten Prozessluftstrom zu erkennen und zu beseitigen. Das Verfahren stellt somit sicher, dass die Flugzeugklimaanlage stets in die Lage versetzt wird, den Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs zu decken. Darüber hinaus wird verhindert, dass das Hilfstriebwerk mit überhöhter Betriebsintensität betrieben wird. Vielmehr ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, das Hilfstriebwerk stets im Bereich eines optimalen Betriebspunkts zu betreiben. Dadurch wird der Treibstoffverbrauch des Hilfstriebwerks minimiert und eine Lebensdauerverkürzung des Hilfstriebwerks durch Überbeanspruchung verhindert.
Als Prozessluftstromparameter, d. h. als für den von dem Hilfstriebwerk bereitgestellten Prozessluftstrom charakteristischen Parameter kann beispielsweise ein Volumenstrom, ein Massenstrom, eine Temperatur und/oder ein Druck der einem Klimaaggregat der Flugzeugklimaanlage von dem Hilfstriebwerk zugeführten verdichteten Prozessluft herangezogen werden. Bei dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren kann lediglich ein Prozessluftstromparameter herangezogen werden. Falls gewünscht, kann jedoch auch auf mehrere Prozessluftstromparameter zurückgegriffen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks wird ferner ein Istwert mindestens eines für den Betriebszustand der Flugzeugklimaanlage charakteristischen Klimaanlagenbetriebsparameters erfasst. Als Klimaanlagenbetriebsparameter wird vorzugsweise ein Parameter herangezogen, dessen Änderung eine Änderung des Prozessluftbedarfs der Flugzeugklimaanlage zur Folge hat. Die Erfassung des Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwerts kann sensorisch oder rechnerisch erfolgen. Der Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwert kann der Steuereinheit der Flugzeugklimaanlage zugeführt oder von der Steuereinheit der Flugzeugklimaanlage ermittelt werden. Die Steuereinheit der Flugzeugklimaanlage übermittelt den Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwert vorzugsweise an die Hilfstriebwerkssteuereinheit.
Der Betrieb des Hilfstriebwerks wird dann vorzugsweise in Abhängigkeit des Istwerts des mindestens einen für den Betriebszustand der Flugzeugklimaanlage charakteristischen Klimaanlagenbetriebsparameters gesteuert. Mit anderen Worten, die Hilfstriebwerkssteuereinheit berücksichtigt vorzugsweise nicht nur eine eventuelle Ist-/Sollwert-Abweichung des mindestens einen Prozessluftstromparameters, sondern auch den Betriebszustand der Flugzeugklimaanalage bei der Steuerung des Betriebs, insbesondere der Betriebsintensität des Hilfstriebwerks. Durch die zusätzliche Berücksichtigung eines Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwerts bei der Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks wird eine noch prozessluftbedarfsgerechtere Steuerung des Hilfstriebwerksbetriebs möglich.
Als Klimaanalgenbetriebsparameter können der Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs, ein für den Auslastungszustand der Flugzeugklimaanlage charakteristischer Klimaanalagenaustastungsparameter und/oder ein für einen Gerätefehler oder einen Systemfehler der Flugzeugklimaanlage charakteristischer Klimaanlagenfehlerparameter herangezogen werden. Bei der Steuerung des Hilfstriebwerkbetriebs kann lediglich ein Klimaanlagenbetriebsparameter berücksichtigt werden. Es ist jedoch auch möglich, bei der Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks mehrere Klimaanlagenbetriebsparameter in Betracht zu ziehen.
Der Istwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters kann von einer in die Flugzeugklimaanlage integrierten Erfassungseinrichtung erfasst werden, deren Signale auch zur Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage herangezogen werden. Beispielsweise kann ein in die Flugzeugklimaanlage integrierter Volumen- und/oder Massenstromsensor, ein in die Flugzeugklimaanlage integrierter Temperatursensor und/oder ein in die Flugzeugklimaanlage integrierter Drucksensor dazu genutzt werden, den Istwert des Prozessluftstromparameters zu erfassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch der Istwert des Klimaanlagenbetriebsparameters von einer in die Flugzeugklimaanlage integrierten Erfassungseinrichtung erfasst werden, deren Signale auch zur Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage herangezogen werden. Durch die Nutzung einer ohnehin in die Flugzeugklimaanlage integrierten Erfassungseinrichtung kann auf die Bereitstellung einer zusätzlichen Erfassungseinrichtung verzichtet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann folglich ohne strukturelle Änderungen an der Flugzeugklimaanlage oder dem Hilfstriebwerk durchgeführt werden.
Der Istwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters wird vorzugsweise kontinuierlich erfasst. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch der Istwert des Klimaanlagenbetriebsparameters kontinuierlich erfasst werden. Auf der Grundlage einer kontinuierlichen Istwert-Erfassung kann auch der Betrieb des Hilfstriebwerks kontinuierlich in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs des Prozessluftstromparameter-Istwerts mit dem Prozessluftstromparameter-Sollwert bzw. in Abhängigkeit des Vergleichs des Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwerts mit dem Klimaanlagenbetriebsparameter-Sollwert gesteuert werden. Dadurch wird ein besonders effizienter Betrieb des Hilfstriebwerks ermöglicht.
Ein erfindungsgemäßes System zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks umfasst eine Einrichtung zum Ermitteln eines Sollwerts mindestens eines Prozessluftstromparameters in Abhängigkeit eines Heiz- oder Kühlbedarfs eines zu klimatisierenden Flugzeugbereichs. Diese Einrichtung kann beispielsweise durch eine vorzugsweise elektronische Steuereinheit der Flugzeugklimaanlage gebildet werden oder in eine derartige Steuereinheit integriert sein. Ferner umfasst das erfindungsgemäße System eine Einrichtung zum Erfassen eines Istwerts des mindestens einen Prozessluftstromparameters. Darüber hinaus ist eine Einrichtung zum Steuern des Betriebs des Hilfstriebwerks vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb des Hilfstriebwerks zunächst in Abhängigkeit des ermittelten Prozessluftstromparameter-Sollwerts zu steuern, und die ferner dazu eingerichtet ist, den Betrieb des Hilfstriebwerks nach dem Erfassen des Istwerts des mindestens einen Prozessluftstromparameters in Abhängigkeit des Ergebnisses eines Vergleichs des erfassten Istwerts des mindestens einen Prozessluftstromparameters mit dem Sollwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters zu steuern.
Als Prozessluftstromparameter kann ein Volumenstrom, ein Massenstrom, eine Temperatur und/oder ein Druck der der Flugzeugklimaanlage von dem Hilfstriebwerk zugeführten verdichteten Prozessluft herangezogen werden.
Das System kann ferner eine Einrichtung zum Erfassen eines Istwerts mindestens eines für den Betriebszustand der Flugzeugklimaanlage charakteristischen Klimaanlagenbetriebsparameters umfassen. Ferner kann die Einrichtung zum Steuern des Betriebs des Hilfstriebwerks dazu eingerichtet sein, den Betrieb des Hilfstriebwerks in Abhängigkeit des erfassten Istwerts des mindestens einen für den Betriebszustand der Flugzeugklimaanlage charakteristischen Klimaanlagenbetriebsparameters zu steuern.
Als Klimaanlagenbetriebsparameter können der Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs, ein für den Auslastungszustand der Flugzeugklimaanlage charakteristischer Klimaanlagenauslastungsparameter und/oder ein für einen Gerätefehler oder Systemfehler der Flugzeugklimaanlage charakteristischer Klimaanlagenfehlerparameter herangezogen werden.
Die Einrichtung zum Erfassen des Istwerts des mindestens einen Prozessluftstromparameters kann eine in die Flugzeugklimaanlage integrierte Einrichtung sein, deren Signale auch zur Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Einrichtung zum Erfassen des Istwerts des Klimaanlagenbetriebsparameters eine in die Flugzeugklimaanlage integrierte Einrichtung sein, deren Signale auch zur Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage herangezogen werden.
Die Einrichtung zum Erfassen des Istwerts des mindestens einen Prozessluftstromparameters und/oder die Einrichtung zum Erfassen des Istwerts des Klimaanlagenbetriebsparameters ist/sind vorzugsweise dazu eingerichtet, den Istwert des mindestens einen Prozessluftstromparameters und/oder den Istwert des Klimaanlagenbetriebsparameters kontinuierlich zu erfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder das erfindungsgemäße System zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage mit verdichteter prozessluftversorgenden Hilfstriebwerks ist/sind besonders vorteilhaft im Bodenbetrieb eines Flugzeugs einsetzbar. Im Flugbetrieb des Flugzeugs wird die Flugzeugklimaanlage in der Regel von den Haupttriebwerken des Flugzeugs mit verdichteter Prozessluft versorgt. In einem Fehlerfall, d. h. einem Fall, in dem das Hilfstriebwerk auch im Flugbetrieb des Flugzeugs aktiv ist, kann/können das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System jedoch auch im Flugbetrieb des Flugzeugs zum Einsatz kommen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, von denen
1 eine von einem Hilfstriebwerk mit verdichteter Prozessluft versorgte Flugzeugklimaanlage zeigt,
2 eine Detaildarstellung der Flugzeugklimaanlage gemäß 1 zeigt,
3 eine Darstellung der Steuerung des Hilfstriebwerks gemäß 1 zeigt, und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks gemäß 1 zeigt.
1 zeigt eine Flugzeugklimaanlage 10, die im Bodenbetrieb des Flugzeugs von einem Hilfstriebwerk 12 mit verdichteter Prozessluft versorgt wird. Die von dem Hilfstriebwerk 12 erzeugte verdichtete Prozessluft wird der Flugzeugklimaanlage 10, d. h. einem Klimaaggregat 14 der Klimaanlage 10 über eine Rohrleitung 16 zugeführt. Wie in 2 zu erkennen ist, ist in der Rohrleitung 16 ein Ventil 18 angeordnet, das die Zufuhr von verdichteter Prozessluft in das Klimaaggregat 14 der Flugzeugklimaanlage 10 steuert. In dem Klimaaggregat 14 wird die Prozessluft beim Durchströmen mindestens einer Wärmetauschereinheit sowie diverser Verdichtungs- und Expansionseinheiten abgekühlt und entspannt. Über eine weitere Rohrleitung 20 wird die aus dem Klimaaggregat 14 austretende gekühlte Prozessluft in eine Mischkammer 22 geleitet und dort mit aus einem zu klimatisierenden Flugzeugbereich 24 abgeführter Rezirkulationsluft gemischt. Die den zu klimatisierenden Flugzeugbereich 24 mit der Mischkammer 22 verbindende Rohrleitung ist in 1 mit 26 bezeichnet. Die Mischluft aus der Mischkammer 22 wird schließlich über eine Mischluftleitung 28 in den zu klimatisierenden Flugzeugbereich 24 geführt.
Der Betrieb der Flugzeugklimaanlage 10 wird mittels einer elektronischen Steuereinheit 30 gesteuert. Eine elektronische Steuereinheit 32 dient dagegen der Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks 12. Eine erste Signalleitung 34 verbindet die Hilfstriebwerkssteuereinheit 32 mit dem Hilfstriebwerk 12. Eine zweite Signalleitung 36 verbindet dagegen die elektronische Steuereinheit 30 mit der Flugzeugklimaanlage. Schließlich kommunizieren die Steuereinheiten 30, 32 über eine dritte Signalleitung 38. Bei den Signalleitungen 34, 36, 38 kann es sich um Signalübertragungsleitungen handeln. Alternativ dazu können die Signalleitungen 34, 36, 38 jedoch auch als drahtlose Signalübertragungsuerbindungen ausgeführt sein.
Im Folgenden wird der Betrieb der Flugzeugklimaanlage 10 und des Hilfstriebwerks 12 mit Bezugnahme auf die 3 und 4 erörtert. Beim Betriebsstart der Flugzeugklimaanlage 10 wird von der elektronischen Steuereinheit 30 der Flugzeugklimaanlage 10 zunächst der Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs 24 ermittelt. Die Ermittlung des Heiz- oder Kühlbedarfs des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs 24 kann beispielsweise auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einer Ist-Temperatur in dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich 24 mit einer Soll-Temperatur in dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich 24 ermittelt werden. Die Ist-Temperatur in dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich 24 kann beispielsweise mittels eines in dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich 24 angeordneten Temperatursensors erfasst werden. Die Soll-Temperatur in dem zu klimatisierenden Flugzeugbereich 24 kann dagegen beispielsweise von einem Anwender vorgegeben werden oder in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit 30 hinterlegt sein.
Auf der Grundlage des ermittelten Heiz- oder Kühlbedarfs des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs 24 ermittelt die elektronische Steuereinheit 30 einen Sollwert P_Soll mindestens eines Prozessluftstromparameters P. Als Prozessluftstromparameter P kann beispielsweise ein Volumenstrom, ein Massenstrom, eine Temperatur und/oder ein Druck der dem Klimaaggregat 14 der Flugzeugklimaanlage 10 von dem Hilfstriebwerk 12 zugeführten verdichteten Prozessluft herangezogen werden. Der Sollwert P_Soll des Prozessluftstromparameters P spiegelt den Prozessluftbedarf wider, den die Flugzeugklimaanlage 10 hat, um in der Lage zu sein, den Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs 24 zu decken. Der Prozessluftstromparameter-Sollwert P_Soll wird von der Steuereinheit 30 der Flugzeugklimaanlage 10 an die Steuereinheit 32 des Hilfstriebwerks 12 übermittelt (siehe 3). Die Hilfstriebwerkssteuereinheit 32 steuert den Betrieb des Hilfstriebwerks 12 dann zunächst in Abhängigkeit des Prozessluftstromparameter-Sollwerts P_Soll. Bei der Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks 12 berücksichtigt die Steuereinheit 32 ferner Feedback-Signale, die der Steuereinheit 32 von dem Hilfstriebwerk 12 zugeleitet werden.
Wenn die Flugzeugklimaanlage 10, bzw. das Klimaaggregat 14 der Flugzeugklimaanlage 10, von dem Hilfstriebwerk 12 mit verdichteter Prozessluft versorgt wird, wird kontinuierlich ein Istwert P_Ist des mindestens einen Prozessluftstromparameters P erfasst. Hierzu wird eine Erfassungseinrichtung 40 eingesetzt, die ohnehin in der Flugzeugklimaanlage vorhanden ist und deren Signale von der Steuereinheit 30 auch zur Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage 10 verwendet werden. Je nach Art des Prozessluftstromparameters P kann es sich bei der Erfassungseinrichtung 40 um einen Volumen- oder Massenstromsensor, Temperatursensor oder Drucksensor handeln. Falls gewünscht, können bei der Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks 12 auch mehrere Prozessluftstromparameter P herangezogen werden. Entsprechend wertet die Steuereinheit 30 der Flugzeugklimaanlage 10 dann auch die Signale mehrerer zur Messung dieser Prozessluftstromparameter geeigneter Erfassungseinrichtungen 40 aus. Der Istwert P_Ist des Prozessluftstromparameters P wird kontinuierlich erfasst.
Darüber hinaus wird von einer ebenfalls in die Flugzeugklimaanlage 10 integrierten Erfassungseinrichtung 42 kontinuierlich ein Istwert mindestens eines für den Betriebszustand der Flugzeugklimaanlage 10 charakteristischen Klimaanlagenbetriebsparameters K erfasst. Als von der Erfassungseinrichtung 42 erfasster Klimaanlagenbetriebsparameter K kann beispielsweise ein für den Auslastungszustand der Flugzeugklimaanlage 10 charakteristischer Klimaanlagenauslastungsparameter und/oder ein für einen Gerätefehler oder einen Systemfehler der Flugzeugklimaanlage 10 charakteristischer Klimaanlagenfehlerparameter herangezogen werden. Ferner kann der Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs 24 als Klimaanlagenbetriebsparameter K berücksichtigt werden. Die Parametererfassung kann sensorisch oder durch entsprechende Auswertungsprozesse in der Steuereinheit 30 zur Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage 10 erfolgen. Der Istwert K_Ist des für den Betriebszustand der Flugzeugklimaanlage 10 charakteristischen Klimaanlagenbetriebsparameters K wird von der elektronischen Steuereinheit 30 der Flugzeugklimaanlage 10 an die Hilfstriebwerkssteuereinheit 32 übermittelt.
Die Steuereinheit 30 der Flugzeugklimaanlage 10 führt im nächsten Schritt einen Vergleich des von der Erfassungseinrichtung 40 erfassten Prozessluftstromparameter-Istwerts P_Ist mit dem Prozessluftstromparameter-Sollwert P_Soll durch. Das Ergebnis dieses Vergleichs, d. h. die Abweichung (P_Soll – P_Ist) des Prozessluftstromparameter-Istwerts P_Ist von dem Prozessluftstromparameter-Sollwert P_Soll übermittelt die Steuereinheit 30 der Flugzeugklimaanlage 10 dann der Hilfstriebwerkssteuereinheit 32.
Im Folgenden berücksichtigt die Hilfstriebwerkssteuereinheit 32 bei der Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks 12 dann nicht nur den Prozessluftstromparameter-Sollwert P_Soll, sondern auch die Abweichung (P_Soll – P_Ist) des Prozessluftstromparameter-Istwerts P_Ist von dem Prozessluftstromparameter-Sollwert P_Soll. Darüber hinaus wird auch der Istwert des für den Betriebszustand der Flugzeugklimaanlage 10 charakteristischen Klimaanlagenbetriebsparameters K_Ist, der den Prozessluftbedarf der Flugzeugklimaanlage 10 im Betrieb beeinflusst, in Betracht gezogen. Dadurch wird eine stets an den aktuellen Prozessluftbedarf der Flugzeugklimaanlage 10 angepasste Steuerung des Betriebs des Hilfstriebwerks 12 ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008053320 A1 [0002]
DE 102010054448 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage (10) mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks (12) mit den Schritten: – Ermitteln eines Heiz- oder Kühlbedarfs eines zu klimatisierenden Flugzeugbereichs (24), – Ermitteln eines Sollwerts (P_Soll) mindestens eines Prozessluftstromparameters (P) in Abhängigkeit des ermittelten Heiz- oder Kühlbedarfs des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs (24), – Steuern des Betriebs des Hilfstriebwerks (12) in Abhängigkeit des ermittelten Prozessluftstromparameter-Sollwerts (P_Soll), – Erfassen eines Istwerts (P_Ist) des mindestens einen Prozessluftstromparameters (P), – Vergleichen des Prozessluftstromparameter-Istwerts (P_Ist) mit dem Prozessluftstromparameter-Sollwert (P_Soll) und – Steuern des Betriebs des Hilfstriebwerks (12) in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs des Prozessluftstromparameter-Istwerts (P_Ist) mit dem Prozessluftstromparameter-Sollwert (P_Soll).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessluftstromparameter (P) ein Volumenstrom, ein Massenstrom, eine Temperatur und/oder ein Druck der der Flugzeugklimaanlage (10) von dem Hilfstriebwerk (12) zugeführten verdichteten Prozessluft herangezogen wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: – Erfassen eines Istwerts (K_Ist) mindestens eines für den Betriebszustand der Flugzeugklimaanlage (10) charakteristischen Klimaanlagenbetriebsparameters (K) und – Steuern des Betriebs des Hilfstriebwerks (12) in Abhängigkeit des Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwerts (K_Ist).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Klimaanlagenbetriebsparameter (K) der Heiz- oder Kühlbedarfs des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs (24), ein für einen Auslastungszustand der Flugzeugklimaanlage (10) charakteristischer Klimaanlagenauslastungsparameter und/oder ein für einen Gerätefehler oder einen Systemfehler der Flugzeugklimaanlage (10) charakteristischer Klimaanlagenfehlerparameter herangezogen wird/werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessluftstromparameter-Istwert (P_Ist) und/oder der Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwerts (K_Ist) von einer in die Flugzeugklimaanlage (10) integrierten Erfassungseinrichtung (40, 42) erfasst wird/werden, deren Signale auch zur Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage (10) herangezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessluftstromparameter-Istwert (P_Ist) und/oder der Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwert (K_Ist) kontinuierlich erfasst wird/werden.
System zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage (10) mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks (12), welches umfasst: – eine Einrichtung (30) zum Ermitteln eines Sollwerts (P_Soll) mindestens eines Prozessluftstromparameters (P) in Abhängigkeit eines Heiz- oder Kühlbedarfs eines zu klimatisierenden Flugzeugbereichs (24), – eine Einrichtung (40) zum Erfassen eines Istwerts (P_Ist) des mindestens einen Prozessluftstromparameters (P), und – eine Einrichtung (32) zum Steuern des Betriebs des Hilfstriebwerks (12), die dazu eingerichtet ist, den Betrieb des Hilfstriebwerks (12) zunächst in Abhängigkeit des ermittelten Prozessluftstromparameter-Sollwerts (P_Soll) zu steuern, und die ferner dazu eingerichtet ist, den Betriebs des Hilfstriebwerks (12) nach dem Erfassen des Prozessluftstromparameter-Istwerts (P_Ist) in Abhängigkeit des Ergebnisses eines Vergleichs des Prozessluftstromparameter-Istwerts (P_Ist) mit dem Prozessluftstromparameter-Sollwert (P_Soll) zu steuern.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessluftstromparameter (P) ein Volumenstrom, ein Massenstrom, eine Temperatur und/oder ein Druck der der Flugzeugklimaanlage (10) von dem Hilfstriebwerk (12) zugeführten verdichteten Prozessluft herangezogen wird/werden.
System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner eine Einrichtung (42) zum Erfassen eines Istwerts (K_Ist) mindestens eines für den Betriebszustand der Flugzeugklimaanlage (10) charakteristischen Klimaanlagenbetriebsparameters (K) umfasst, und dass die Einrichtung (32) zum Steuern des Betriebs des Hilfstriebwerks (12) ferner dazu eingerichtet ist, den Betrieb des Hilfstriebwerks (12) in Abhängigkeit des Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwerts (K_Ist) zu steuern.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Klimaanlagenbetriebsparameter (K) der Heiz- oder Kühlbedarf des zu klimatisierenden Flugzeugbereichs (24), ein für einen Auslastungszustand der Flugzeugklimaanlage (10) charakteristischer Klimaanlagenauslastungsparameter und/oder ein für einen Gerätefehler oder einen Systemfehler der Flugzeugklimaanlage (10) charakteristischer Klimaanlagenfehlerparameter herangezogen wird/werden.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (40) zum Erfassen des Prozessluftstromparameter-Istwerts (P_Ist) eine in die Flugzeugklimaanlage (10) integrierte Einrichtung ist, deren Signale auch zur Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage (10) herangezogen werden, und/oder dass die Einrichtung (42) zum Erfassen des Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwerts (K_Ist) eine in die Flugzeugklimaanlage (10) integrierte Einrichtung ist, deren Signale auch zur Steuerung des Betriebs der Flugzeugklimaanlage (10) herangezogen werden.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (40) zum Erfassen des Prozessluftstromparameter-Istwerts (P_Ist) und/oder die Einrichtung (42) zum Erfassen des Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwerts (K_Ist) dazu eingerichtet ist/sind, den Prozessluftstromparameter-Istwert (P_Ist) und/oder den Klimaanlagenbetriebsparameter-Istwert (K_Ist) kontinuierlich zu erfassen.
Verwendung eines Verfahrens zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage (10) mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder eines Systems zur Steuerung des Betriebs eines eine Flugzeugklimaanlage (10) mit verdichteter Prozessluft versorgenden Hilfstriebwerks (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 12 im Bodenbetrieb eines Flugzeugs.