-
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich insbesondere auf ein Triebwerk, ein Luftfahrzeug und ein Verfahren zum Austausch von Daten mit einem Triebwerk.
-
Für verschiedene Tests von Triebwerken wird ein Triebwerk, z.B. ein Triebwerksprototyp, an ein Luftfahrzeug montiert. Während eines Flugs des Luftfahrzeugs werden vielfältige Daten am Triebwerk ausgelesen und analysiert. Dabei ist ein großer Aufwand notwendig, um neben der gewöhnlichen Verkabelung des Triebwerks eine Vorrichtung zur Datenakquise an sämtliche zusätzliche Datenquellen für die Tests, z.B. Sensoren und Steuergeräte, am Triebwerk anzuschließen. Dabei muss üblicherweise eine große Anzahl von Kabeln z.B. vom Triebwerk über einen Flügel in einen Flugzeugrumpf gelegt werden, was sehr arbeitsaufwändig ist. Oftmals können mehrere Hundert bis über Tausend Sensoren anzuschließen sein.
-
Ferner müssen regelmäßig versiegelte Feuer- und Druckschotts des Flugzeugrumpfes geöffnet werden, um die Kabel zu verlegen, was typischerweise aufwändige Dichtigkeitstests nach sich zieht. Der Anschluss der Kabel ist zudem fehleranfällig, sodass es viel Zeit in Anspruch nehmen kann, bis sämtliche Anschlüsse korrekt verkabelt sind und mit den Tests begonnen werden kann. Ferner weisen die Kabel ein hohes Gewicht auf, was den Treibstoffverbrauch erhöht.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst einfache und verlässliche Datenübertragung zwischen dem Triebwerk und einem anderen Teil, insbesondere eines Luftfahrzeugs bereitzustellen.
-
Gemäß einem Aspekt wird ein Triebwerk bereitgestellt. Das Triebwerk umfasst eine Kommunikationsvorrichtung mit einer ersten Antenne, die eingerichtet und angeordnet ist, drahtlos Daten an eine vom Triebwerk beabstandet angeordnete Antenne zu senden und/oder davon zu empfangen. Das Triebwerk umfasst ferner eine zweite Antenne, die mit der ersten Antenne kommunikativ gekoppelt ist, sowie, optional, mindestens eine dritte Antenne, wobei zwischen der zweiten Antenne und der dritten Antenne drahtlos Daten übertragbar sind.
-
Die Daten werden somit über zwei (nacheinander geschaltete) Luftschnittstellen übermittelt. Auf diese Weise ist es möglich, von einer oder mehreren Stellen am Triebwerk Daten zu sammeln und diese in einer einfachen und verlässlichen Weise und dennoch mit vergleichsweise wenigen Kabeln an eine Kommunikationsvorrichtung außerhalb des Triebwerks zu senden. Hierdurch ist es z.B. möglich, ein Triebwerk zu Testzwecken an einem Flugzeug zu montieren und mit einer großen Zahl an im Regelbetrieb nicht nötigen Sensoren zu versehen und die Sensoren in kurzer Zeit in verlässlicher Weise mit einer Datenerfassungseinheit im Flugzeugrumpf kommunikativ zu verbinden. Die Nutzung der drahtlosen Übertragung ermöglicht auch eine höhere Flexibilität, z.B. wenn spontane Änderungen oder Anpassungen während einer Entwicklungs- und/oder Testphase nötig werden.
-
Bei dem Triebwerk kann es sich z.B. um einen elektrischen Antrieb handeln, um einen Antrieb, bei dem ein Treibstoff verbrannt wird, oder um einen Hybridantrieb, der z.B. einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor umfasst. Bei dem Triebwerk handelt es sich insbesondere um eine Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, z.B. eines Luftfahrzeugs. So kann es sich bei dem Triebwerk z.B. um ein Luftfahrtantriebsaggregat handeln, insbesondere um ein Flugzeugtriebwerk oder einen Raketenantrieb. Ferner kann es sich bei dem Triebwerk um ein Hilfstriebwerk für ein Luftfahrzeug handeln (englisch auxiliary power unit, APU).
-
Das Triebwerk kann einen oder mehrere Sensoren umfassen, wobei Daten des einen oder der mehreren Sensoren mittels der ersten, der zweiten und/oder der dritten Antenne übermittelbar sind. Das Triebwerk kann z.B. eine Datenverarbeitungseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, mittels zumindest einem Sensor des Triebwerks Daten zu erfassen. Die Datenverarbeitungseinheit ist z.B. mit der dritten Antenne gekoppelt, derart, dass die erfassten Daten von der dritten Antenne an die zweite Antenne übertragbar sind. Dies ermöglicht es, Sensordaten von Sensoren an schwer zugänglichen Stellen zu erfassen, ohne dass aufwändige Kabelverbindungen gelegt werden müssen.
-
Alternativ oder zusätzlich ist die Datenverarbeitungseinheit dazu eingerichtet, über die dritte Antenne (von außerhalb des Triebwerks) Daten zu empfangen und das Triebwerk basierend auf den erfassten Daten zu steuern. Hierdurch kann eine redundante Kommunikationsverbindung zur Steuerung aufgebaut werden, was die Verlässlichkeit der Datenübermittlung zur Steuerung des Triebwerks verbessern kann. Beispielsweise ist die Datenverarbeitungseinheit dazu eingerichtet, bei Empfang eines Abschaltbefehls das Triebwerk oder einen Teil davon abzuschalten. In Luftfahrzeugen sind üblicherweise zwei parallele, redundante Kabelverbindungen zum Triebwerk vorgesehen, wodurch typischerweise eine große Anzahl an Kabeln mit einem nicht unerheblichen Gewicht nötig ist. Mit dem hierin beschriebenen Triebwerk ist es möglich, eine dieser Kabelverbindungen durch eine ausreichend verlässliche drahtlose Datenverbindung zu ersetzen. Hierdurch können der Bau des Luftfahrzeugs vereinfacht werden und das Gewicht und damit der Treibstoffverbrauch reduziert werden. Alternativ kann eine dritte redundante und unabhängige Kommunikationsverbindung ohne substantielle Erhöhung des Gewichts vorgesehen werden.
-
Optional ist eine Antenne des Triebwerks, die dazu eingerichtet und angeordnet ist, drahtlos Daten an eine vom Triebwerk beabstandet angeordnete Antenne, insbesondere an oder in einem Flugzeugrumpf, z.B. der Fahrgastzelle, zu senden und/oder davon zu empfangen, z.B. die erste Antenne, an einem Lufteinlass der Gasturbine angeordnet. In diesem Bereich sind eine geschützte Anordnung und eine besonders ungestörte Datenübertragung möglich.
-
Optional ist die zweite Antenne als Ringantenne ausgebildet. Die Ringantenne kann einen Strömungskanal des Triebwerks umgeben oder innerhalb eines Strömungskanals umlaufend angeordnet sein. Das ermöglicht eine Übermittlung von Daten von der Ringantenne und/oder zur Ringantenne an bzw. von verschiedenen Stellen des Triebwerks in Umfangsrichtung gesehen.
-
Die zweite Antenne kann, z.B. über zumindest ein Kabel, mit der ersten Antenne gekoppelt sein. Die Kopplung kann über eine Elektronikeinheit erfolgen oder über einen direkten elektrischen Anschluss. So kann die zweite Antenne Daten von einer oder mehreren Datenquellen und/oder von einer relativ zur zweiten Antenne bewegbaren (z.B. um eine Hauptdrehachse drehbaren) Datenquelle empfangen und diese Daten über ihre Kopplung an die erste Antenne übermitteln, welche wiederum für eine Datenkommunikation mit der außerhalb vom Triebwerk angeordneten Antenne optimiert angeordnet sein kann.
-
Bei dem Triebwerk kann es sich um ein Gasturbinentriebwerk oder um einen Antrieb mit einem Elektromotor (z.B. entsprechend der Vorführentwicklung E-Fan X) handeln, z.B. um einen hybridelektrischen Antrieb. Das Triebwerk ist z.B. ein Triebwerk, insbesondere Gasturbinentriebwerk, für ein Luftfahrzeug oder ein Schiff oder anderes Fahrzeug.
-
Gemäß einem Aspekt wird ein Luftfahrzeug bereitgestellt, umfassend ein Triebwerk, umfassend eine erste Kommunikationsvorrichtung mit einer am Triebwerk angeordneten Antenne, und eine zweite Kommunikationsvorrichtung, die eine vom Triebwerk beabstandet angeordnete, weitere Antenne aufweist. Dabei sind die Antennen derart angeordnet, dass zwischen den Antennen drahtlos (insbesondere bidirektional) Daten übertragbar sind.
-
Das Luftfahrzeug umfasst optional das Triebwerk nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung.
-
Das Luftfahrzeug umfasst z.B. einen Luftfahrzeugrumpf, optional mit zumindest einem Fenster, wobei die weitere Kommunikationsvorrichtung eine luftfahrzeugseitige Kommunikationsvorrichtung ist und wobei die Antenne der luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung am Luftfahrzeugrumpf (z.B. am Fenster des Luftfahrzeugrumpfs) angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Antenne der triebwerksseitigen Kommunikationsvorrichtung an einem Lufteinlass des Triebwerks angeordnet. Bei dem Luftfahrzeug kann es sich z.B. um eine Drohne handeln, die optional keine Fenster umfasst.
-
Bei dem Luftfahrzeug kann zumindest eine der Kommunikationsvorrichtungen eine Überwachungseinheit zur Überwachung der Signalqualität bezüglich der Übertragung von Daten zwischen den Antennen umfassen oder ausbilden, wobei die Überwachungseinheit dazu eingerichtet ist, bei Unterschreiten einer vorgegebenen minimalen Signalqualität zu veranlassen, dass zumindest ein Übertragungsparameter verändert wird, z.B. eine Sendeleistung von einer oder mehreren der Antennen erhöht wird, eine Frequenz verändert wird und/oder eine Datenrate verändert, z.B. erhöht wird. Optional werden sowohl ein Sendeparameter als auch ein Empfangsparameter verändert. Alternativ oder zusätzlich wird bei jeder der beiden Kommunikationsvorrichtungen zumindest ein Übertragungsparameter verändert.
-
Optional ist die triebwerksseitige Kommunikationsvorrichtung dazu eingerichtet, Sensordaten von zumindest einem am Triebwerk angeordneten Sensor zu erhalten und über die Antennen an die luftfahrzeugseitige Kommunikationsvorrichtung zu übermitteln.
-
Die luftfahrzeugseitige Kommunikationsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, Steuerungsbefehle zum Steuern des Betriebs des Triebwerks über die Antennen an die triebwerksseitige Kommunikationsvorrichtung zu übertragen, z.B. einen Steuerungsbefehl zum Ändern eines Schubsollwerts oder einen Steuerungsbefehl zum Abstellen einer Treibstoffversorgung. Hierdurch kann sowohl für einen Testbetrieb als auch für einen Regelbetrieb eine verlässliche, redundante Steuerungskommunikation bereitgestellt werden, ohne das Gewicht (z.B. durch zusätzliche Kabelverbindungen) wesentlich zu erhöhen.
-
Optional umfasst das Luftfahrzeug ferner eine Kabelverbindung zwischen dem Triebwerk und einer vom Triebwerk beabstandeten Stelle des Luftfahrzeugs, wobei zwischen den Kommunikationsvorrichtungen drahtlos übertragbaren Daten auch über die Kabelverbindung kabelgebunden (unidirektional oder bidirektional) übertragbar sind. So werden zwei redundante Datenübertragungswege bereitgestellt, die im Vergleich zu zwei redundanten kabelgebundenen Übertragungswegen ein geringeres Gewicht aufweisen können. Ferner sind Ereignisse denkbar, bei denen zwei redundante Kabelverbindungen gleichzeitig durchtrennt werden, sodass der Austausch von einer der beiden Kabelverbindungen durch die drahtlose Verbindung eine zusätzliche Sicherheit ermöglicht.
-
Die Kommunikation zwischen zumindest zwei der Antennen kann mittels Software Defined Radio (SDR) erfolgen. Hierdurch können die Eigenschaften der Drahtloskommunikation besonders gut angepasst werden, z.B. ein besonders gut passendes Modulationsverfahren eingesetzt werden. Beispielsweise ist es möglich, eine Signalqualität der übertragenen Daten und/oder aktuelle Umwelteinflüsse zu ermitteln und in Abhängigkeit davon die Kommunikation mittels SDR zu optimieren, z.B. ein weniger fehleranfälliges Modulationsverfahren oder ein Modulationsverfahren für eine möglichst hohe Datenrate einzustellen.
-
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Austausch von Daten mit einem Triebwerk bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Luftfahrzeugs nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung, und Übertragen von Daten zwischen einer Antenne der triebwerksseitigen Kommunikationsvorrichtung und der Antenne der luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung.
-
Optional werden dabei Steuerungsbefehle zur Steuerung des Triebwerks von der Antenne der luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung an die Antenne der triebwerksseitigen Kommunikationsvorrichtung übermittelt.
-
Bei dem Verfahren können vorbestimmte Tests am Triebwerk durchgeführt werden, wobei Sensordaten drahtlos über die Antennen übertragen werden. Die Tests können Tests sein, die durchgeführt werden, während das Luftfahrzeug am Boden steht, während es am Boden fährt und/oder während es fliegt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Triebwerk bereitgestellt, umfassend eine Kommunikationsvorrichtung mit einer Antenne, die eingerichtet und angeordnet ist, drahtlos Daten an eine vom Triebwerk beabstandet angeordnete Antenne zu senden und/oder davon zu empfangen, wobei die Antenne des Triebwerks z.B. an einem Lufteinlass des Triebwerks angeordnet ist. Dieses Triebwerk kann gemäß dem Triebwerk nach einem beliebigen, hierin beschriebenen Aspekt und/oder nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung ausgebildet sein.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Triebwerk bereitgestellt, umfassend eine Kommunikationsvorrichtung mit einer Antenne, die eingerichtet und angeordnet ist, drahtlos Daten, insbesondere Daten von zumindest einem Sensor, an eine (vom Triebwerk beabstandet angeordnete oder am Triebwerk angeordnete) andere Antenne zu senden und/oder davon zu empfangen, wobei die Antenne optional als Ringantenne ausgebildet ist. Hierzu kann die Kommunikationsvorrichtung drahtgebunden oder drahtlos mit dem zumindest einen Sensor kommunikativ gekoppelt sein. Dieses Triebwerk kann gemäß dem Triebwerk nach einem beliebigen, hierin beschriebenen Aspekt und/oder nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung ausgebildet sein.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Luftfahrzeug bereitgestellt, umfassend einen Luftfahrzeugrumpf mit einer Kommunikationsvorrichtung und zumindest einem Fenster, wobei eine Antenne der Kommunikationsvorrichtung am Fenster des Luftfahrzeugrumpfs angeordnet ist, insbesondere daran angebracht, z.B. darauf aufgedampft ist. Das Luftfahrzeug kann ein Triebwerk nach einem beliebigen, hierin beschriebenen Aspekt und/oder nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung umfassen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Gasturbine (eine stationäre Gasturbine oder eine Gasturbine in Form eines Luftfahrttriebwerks) bereitgestellt. Die Gasturbine umfasst eine Kommunikationsvorrichtung mit einer ersten Antenne, die eingerichtet und angeordnet ist, drahtlos Daten an eine von der Gasturbine beabstandet angeordnete Antenne zu senden und/oder davon zu empfangen. Die Gasturbine umfasst ferner eine zweite Antenne, die mit der ersten Antenne gekoppelt, insbesondere verdrahtet ist (optional über eine dazwischengeschaltete Elektronik), sowie, optional, mindestens eine dritte Antenne, wobei zwischen der zweiten Antenne und der dritten Antenne drahtlos Daten übertragbar sind.
-
Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; in den Figuren zeigen:
- 1 ein Luftfahrzeug in Form eines Flugzeugs mit mehreren Gasturbinentriebwerken;
- 2 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
- 3 eine Querschnittsansicht des Luftfahrzeugs gemäß 1;
- 4 ein Fenster des Luftfahrzeugs gemäß 1; und
- 5 ein Verfahren zum Austausch von Daten mit einem Triebwerk.
-
1 zeigt ein Luftfahrzeug 8 in Form eines Flugzeugs. Das Luftfahrzeug 8 weist einen Luftfahrzeugrumpf 8, hier in Form eines Flugzeugrumpfs auf, wobei der Luftfahrzeugrumpf 80 mehrere Fenster 81 aufweist, insbesondere mehrere Seitenfenster. Das Luftfahrzeug 8 umfasst mehrere Triebwerke in Form von Gasturbinentriebwerken 10. Eines der Gasturbinentriebwerke 10 ist in 2 veranschaulicht.
-
Eines oder mehrere der Gasturbinentriebwerke 10 umfasst (jeweils) eine triebwerksseitige Kommunikationsvorrichtung 50 mit einer am Gasturbinentriebwerk 10 angeordneten Antenne 51 (siehe insbesondere 2).
-
Das Luftfahrzeug 8 umfasst ferner eine luftfahrzeugseitige Kommunikationsvorrichtung 52, die eine vom Gasturbinentriebwerk 10 beabstandet angeordnete, weitere Antenne 53 (siehe insbesondere 4 und 5) aufweist.
-
Die Antennen 51, 53 sind derart angeordnet, dass zwischen den Antennen 51, 53 drahtlos Daten übertragbar sind. Über die Kommunikationsvorrichtungen 50, 52 sind somit Daten drahtlos (unidirektional oder bidirektional) zwischen dem Gasturbinentriebwerk 10 und dem Flugzeugrumpf 80 übermittelbar. Die Kommunikationsvorrichtungen 50, 52 umfassen optional jeweils entsprechende Sende-Empfänger.
-
Beispielweise sind über die Antennen 51, 53 Daten vom Gasturbinentriebwerk 10 zum Flugzeugrumpf 80 übermittelbar. Das Luftfahrzeug 8 umfasst im gezeigten Beispiel eine Auswerteeinheit 61, die mit der luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung 52 gekoppelt ist, um die Daten zu erhalten und auszuwerten. Die Auswerteeinheit 61 ist vorliegend innerhalb des Luftfahrzeugrumpfs 80 angeordnet.
-
Optional umfasst das Luftfahrzeug 8 eine oder mehrere Kabelverbindungen 60, über die (dieselben und/oder andere) Daten zwischen dem Gasturbinentriebwerk 10 und dem Flugzeugrumpf 80 übermittelbar sind. Die eine oder mehreren Kabelverbindungen 60 verlaufen dabei vom Gasturbinentriebwerk 10 über einen Flügel des Luftfahrzeugs 8 ins Innere des Luftfahrzeugrumpfs 80.
-
2 stellt eines der Gasturbinentriebwerke 10 des Luftfahrzeugs 8 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Fan 23, der zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Das Kerntriebwerk 11 umfasst in Axialströmungsreihenfolge einen Mitteldruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Mitteldruckturbine 34, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernschubdüse 20. Eine Triebwerksgondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Strömungskanal in Form eines Bypasskanals 22 und eine Bypassschubdüse 18. Der Bypassluftstrom B strömt durch den Bypasskanal 22. Der Fan 23 ist über eine Niederdruckwelle 25 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben.
-
Im Betrieb wird der Kernluftstrom A durch den Mitteldruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck-, die Mitteldruck und die Niederdruckturbine 17, 24, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 durch eine geeignete Hochdruckwelle 27 an. Die Mitteldruckturbine 24 treibt den Mitteldruckverdichter 14 durch eine geeignete Mitteldruckwelle 26 an. Die Niederdruckturbine 19 treibt den Fan 23 durch eine geeignete Niederdruckwelle 25 an. Der Fan 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit.
-
Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Optional umfasst ein solches Triebwerk ein Getriebe, z.B. ein epizyklisches Planetengetriebe, zum Antreiben des Fans 23. Als ein weiteres Beispiel weist das in 2 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern 11 vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbofantriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Fanstufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden.
-
Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in 2) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Ansicht in 2) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung verlaufen senkrecht zueinander.
-
Am Gasturbinentriebwerk 10 sind mehrere Messeinrichtungen angeordnet, von denen hier beispielhaft mehrere an unterschiedlichen Stellen am Gasturbinentriebwerk 10 angeordnete Messeinrichtungen in Form von Sensoren 56 dargestellt sind. Bei den Sensoren 56 handelt es sich jeweils z.B. um einen Temperatursensor, einen Drucksensor, einen Vibrationssensor, einen Dehnungssensor, oder einen Beschleunigungssensor. Als Sensor 56 kann auch eine Einheit zur Bestimmung eines Zustands des Gasturbinentriebwerks 10 eingesetzt werden.
-
Die Sensoren 56 sind an eine Datenverarbeitungseinheit 59 angeschlossen, z.B. kabelgebunden, sodass die Datenverarbeitungseinheit 59 Sensordaten der Sensoren 56 erfassen kann. Optional handelt es sich bei der Datenverarbeitungseinheit 59 um eine EHM-Box (Engine Health Monitoring, Triebwerkszustandsüberwachung) des Gasturbinentriebwerks 10 oder die Datenverarbeitungseinheit 59 umfasst eine solche EHM-Box.
-
Die Datenverarbeitungseinheit 59 ist vorliegend in der Triebwerksgondel 21 angeordnet. Im konkreten Beispiel ist die Datenverarbeitungseinheit 59 außerhalb des Bypasskanals 22 angeordnet.
-
Die Datenverarbeitungseinheit 59 ist an eine Antenne 58 angeschlossen, über die sie unidirektional oder bidirektional Daten austauschen kann. Vorliegend kann die Datenverarbeitungseinheit 59 über die Antenne 58 Sensordaten übermitteln. Die Antenne 58 sendet dabei elektromagnetische Wellen aus.
-
Das Gasturbinentriebwerk 10, konkret die triebwerksseitige Kommunikationsvorrichtung 50, umfasst ferner eine Antenne in Ringform oder in Form eines Ringsegments, vorliegend eine Ringantenne 55. Die Ringantenne 55 erstreckt sich z.B. entlang eines Kreises oder eines Teils des Kreises, insbesondere eines überwiegenden Teils des Kreises. Die Ringantenne 55 umgibt den Bypasskanal 22. Alternativ dazu könnte der Bypasskanal 22 die Ringantenne 55 umgeben.
-
Die Ringantenne 55 ist dazu ausgebildet, die von der an die Datenverarbeitungseinheit 59 angeschlossenen Antenne 58 (auf kürzestem Weg) abgestrahlten elektromagnetischen Wellen zu empfangen und als Signale auszugeben. Durch die ringförmige Ausgestaltung kann die Ringantenne 55 von einer Vielzahl von um die Hauptdrehachse 9 herum angeordneter Antennen, die z.B. mit weiteren Sensoren verbunden sein können, Daten empfangen. Hierdurch ist lediglich eine Antenne für eine Vielzahl an verteilt am Gasturbinentriebwerk angeordneten Sensoren 56 nötig. Dabei können eine oder mehrere der Sensoren 56 mitsamt einer oder mehrerer Antennen auch an einem relativ zur Ringantenne 55 bewegbaren, insbesondere drehbaren Bauteil montiert sein, z.B. an einer der Wellen 25-27.
-
Am Lufteinlass 12 des Gasturbinentriebwerks 10 ist die bereits erwähnte Antenne 51 angeordnet, welche mit der Antenne 53 der luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung 52 drahtlos kommunizieren kann. Die Antenne 51 ist vorliegend an einer Innenseite des Lufteinlasses 12 angeordnet, z.B. darin eingebettet. Optional ist die Antenne 51 hinter einer äußeren Verkleidung des Gasturbinentriebwerks 10 angeordnet, insbesondere wie in 2 gezeigt am Lufteinlass 12, alternativ an einer anderen Stelle. Im gezeigten Beispiel ist die Antenne 51 stromauf des Fans 23 angeordnet.
-
Die Ringantenne 55 ist mit der am Lufteinlass 12 angeordneten Antenne 51 gekoppelt, vorliegend über ein Kabel 57. Die Antenne 51 erhält Signale von der Ringantenne. Optional ist eine elektronische Schaltung, z.B. eine Verstärkerschaltung oder eine Signalverarbeitungsschaltung zwischen die Ringantenne 55 und die Antenne 51 am Lufteinlass geschaltet. Beispielsweise umfasst die Antenne 51 (und/oder die Ringantenne 55 und/oder die Antenne 58) eine Signalverarbeitungseinheit und/oder einen oder mehrere Sendeempfänger.
-
Die am Lufteinlass 12 angeordnete Antenne 51 kann elektromagnetische Wellen aussenden, welche die Antenne 53 der Luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung 52 empfangen kann.
-
Auf diese Weise ist es in besonders einfacher Weise möglich, Daten, insbesondere Sensordaten, vom Gasturbinentriebwerk an die Auswerteeinheit 61 zu übermitteln, da hierzu nicht mehr zwingend Kabel verlegt werden müssen. Dies kann insbesondere bei Tests von Triebwerken, z.B. Triebwerksprototypen vorteilhaft sein, da in solchen Fällen üblicherweise versiegelte Feuer- und Druckschotts des Luftfahrzeugrumpfs 80 geöffnet werden mussten, was regelmäßig die Durchführung von aufwändigen Dichtigkeitstests nach sich zieht.
-
Umgekehrt ist es alternativ oder zusätzlich möglich, Daten von der luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung 52 an das Gasturbinentriebwerk 10 zu senden. Dabei kann es sich z.B. um Befehle zur Durchführung vorbestimmter Tests und/oder Messungen handeln, zur Bereitstellung vorbestimmter Daten, z.B. Sensordaten, um Softwareupdates, z.B. für eine oder mehrere Steuerungseinheiten des Gasturbinentriebwerks 10, und/oder um Steuerbefehle. Mittels der Steuerbefehle können beispielsweise Betriebsparameter des Gasturbinentriebwerks 10 eingestellt werden. Optional kann das Gasturbinentriebwerk 10 mittels der Steuerbefehle abgeschaltet werden. Ist die Kommunikation zwischen den beiden Kommunikationsvorrichtungen 50, 52 bidirektional ausgeführt, dann ist es möglich, den Betrieb des Gasturbinentriebwerks 10 von Luftfahrzeugrumpf 80 aus (z.B. vom Cockpit aus) zu regeln.
-
Die Steuerung und/oder Regelung des Gasturbinentriebwerks 10 erfolgt z.B. durch die Datenverarbeitungseinheit 59, welche ein Steuerungssystem des Gasturbinentriebwerks 10 sein oder umfassen kann.
-
Es sei erwähnt, dass der Einsatz der Sensoren 56 optional ist und dass die Kommunikationsvorrichtungen 50, 52 zur Übermittlung anderer Daten verwendbar sind, z.B. zur beschriebenen Übermittlung von Steuerbefehlen.
-
Das Luftfahrzeug 8 umfasst optional eine oder zwei redundante Stränge von Kabelverbindungen 60 und zusätzlich die Kommunikationsvorrichtungen 50, 52, welche eine unabhängige zweite bzw. dritte redundante Kommunikationsverbindung bereitstellen.
-
Zur Durchführung von vorbestimmten Tests können am Gasturbinentriebwerk 10 mehr als 100 oder sogar mehr als 1000 Sensoren 56 angeordnet werden bzw. sein.
-
Sensorwerte von diesen über 100 oder über 1000 Sensoren können drahtlos von der Antenne 51 (hier am Lufteinlass 12) an die Antenne 53 (hier am Fenster 81) übermittelt werden.
-
Die am Lufteinlass 12 angeordnete Antenne 51 kann auch als erste Antenne bezeichnet werden, die Ringantenne 55 als zweite Antenne und die drahtlos mit der Ringantenne 55 kommunizierende Antenne 58 als dritte Antenne.
-
3 zeigt eine beispielhafte Anordnung der Antenne 53 der luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung 52 an einem Fenster 81 des Luftfahrzeugs 8. Die Antenne 53 ist beispielsweise an einer Fensterscheibe des Fensters 81 befestigt, z.B. damit verklebt.
-
4 zeigt eine mögliche Ausgestaltung der Antenne 53 in Form eines auf eine Fensterscheibe des Fensters 81 aufgedampften Leiters. In 4 ist die Antenne 53 T-förmig dargestellt, wobei diese Ausgestaltung lediglich beispielhaft ist.
-
Zumindest eine der Kommunikationsvorrichtungen 50, 52 kann eine Überwachungseinheit 54, 62 zur Überwachung der Signalqualität bezüglich der Übertragung von Daten zwischen den Antennen 51, 53 umfassen. Vorliegend umfassen beide der Kommunikationsvorrichtungen 50, 52 eine solche Überwachungseinheit 54, 62. Die Überwachungseinheiten 54, 62 sind jeweils dazu ausgebildet, bei Unterschreiten einer vorgegebenen minimalen Signalqualität zu veranlassen, dass eine Sendeleistung von einer oder mehreren der Antennen 51, 55, 58 erhöht wird.
-
Die Signalqualität wird z.B. über einen Empfangssignalstärkeparameter, RSSI, ermittelt. Die Signalqualität kann z.B. durch Wetterbedingungen variieren, was z.B. durch die Anpassung der Signalstärke kompensiert werden kann.
-
Die Kommunikation zwischen zumindest zwei der Antennen 51, 55, 58 kann mittels Software Defined Radio erfolgen, insbesondere die Kommunikation mit der Ringantenne 55, alternativ oder zusätzlich die Kommunikation zwischen den Kommunikationsvorrichtungen 50, 52 mittels der Antennen 51, 53. Dabei werden Anteile der Signalverarbeitung mit Software verwirklicht, wobei eine oder mehrere der Antennen eine Signalverarbeitungseinheit umfasst oder mit einer Signalverarbeitungseinheit gekoppelt ist. Die Signalverarbeitungseinheit umfasst z.B. ein Sender- und Empfängermodul, sowie jeweils einen A/D- und D/A-Umsetzer und eine dazwischenliegende, softwarebasierte digitale Signalverarbeitung.
-
Die Einstellung einer Software Defined Radio-Schnittstelle kann optional von der Signalqualität abhängen. Mittels Software Defined Radio können Signalverluste reduziert oder sogar verhindert werden und es sind ein besonders energiesparender Betrieb und eine hohe Übertragungsbandbreite möglich. Ferner ist es möglich, mittels Software Defined Radio Interferenzen durch metallische Teile am Gasturbinentriebwerk 10 zu kompensieren.
-
5 zeigt ein Verfahren zum Austausch von Daten mit einem Triebwerk, konkret zwischen dem Gasturbinentriebwerk 10 und dem Luftfahrzeugrumpf 80. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
-
Schritt S1: Bereitstellen des Luftfahrzeugs 8 nach einer beliebigen, hierin beschriebenen Ausgestaltung. Dabei wird optional z.B. ein Flugzeug gewählt, welches einen freien Montageplatz für ein Triebwerk aufweist, oder es wird ein Triebwerk des Flugzeugs abmontiert und ein Triebwerk, z.B. das Gasturbinentriebwerk 10 montiert. Ferner kann die luftfahrzeugseitige Kommunikationsvorrichtung 52 im Luftfahrzeugrumpf 80 installiert werden, wobei die Antenne 53 z.B. an der Innenseite eines Fensters 81 (z.B. mit direktem Blick auf eine Innenseite des Lufteinlasses 12) angebracht ist oder wird. Die triebwerksseitige Kommunikationsvorrichtung 50 ist oder wird am Triebwerk montiert.
-
Schritt S2: Übertragen von Daten (unidirektional oder bidirektional) zwischen der Antenne 51 der triebwerksseitigen Kommunikationsvorrichtung 50 und der Antenne 53 der luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung 52. Die Daten können z.B. Sensordaten und/oder Steuerbefehle umfassen.
-
Mit der Anordnung der Kommunikationsvorrichtungen 50, 52 wird ein Drahtloszugang zum Gasturbinentriebwerk 10 möglich, der einfach aufgebaut ist und zugleich eine sichere Verbindung ermöglicht.
-
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese.
-
Beispielsweise kann das Gasturbinentriebwerk 10 auch als Hilfstriebwerk oder als stationäre Gasturbine eingesetzt werden. Hierzu kann z.B. auf den Fan 23 verzichtet werden und eine der Wellen 25-27 z.B. an einen Generator angeschlossen werden. Zudem sei nochmals hervorgehoben, dass die Beschreibung des Triebwerks als Gasturbinentriebwerk 10 ein Beispiel darstellt, wobei es sich bei dem Triebwerk alternativ auch um einen Elektromotorantrieb (bei dem kein Treibstoff verbrannt wird) oder einen Raketenantrieb handeln kann und der die erste Antenne 51 und/oder die zweite Antenne 55 und/oder die dritte Antenne 58 des Gasturbinentriebwerks 10 umfasst. Bei einem der Triebwerke des Luftfahrzeugs 8 gemäß 1 kann es sich beispielsweise um einen Elektroantrieb oder einen Hybridantrieb handeln.
-
Ferner ist denkbar, dass das Gasturbinentriebwerk 10 (allgemein das Triebwerk) nur eine der Antennen 51, 55, 58 umfasst, die dann z.B. drahtgebunden mit zumindest einem Sensor 56 kommunikativ gekoppelt ist und mit der luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung 52 unidirektional oder bidirektional drahtlos Daten austauschen kann.
-
Alternativ ist denkbar, dass das Gasturbinentriebwerk 10 (allgemein das Triebwerk) nur zwei der Antennen 51, 55, 58 umfasst, von denen dann z.B. eine drahtgebunden mit zumindest einem Sensor 56 kommunikativ gekoppelt ist und mit der anderen unidirektional oder bidirektional drahtlos Daten austauschen kann. Optional ist eine dieser beiden Antennen zusätzlich dazu ausgebildet, mit der luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung 52 unidirektional oder bidirektional drahtlos Daten auszutauschen.
-
Es sei des Weiteren angemerkt, dass es sich bei dem Luftfahrzeug 8 auch um eine Drohne handeln kann. Das Luftfahrzeug 8, z.B. in Form einer Drohne, weist optional auch keine Fenster auf. Die Antenne 53 der luftfahrzeugseitigen Kommunikationsvorrichtung 52 kann z.B. auf oder hinter einer Außenhaut des Luftfahrzeugs angeordnet sein, z.B. darin eingebettet sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 8
- Luftfahrzeug
- 9
- Hauptdrehachse
- 10
- Gasturbinentriebwerk
- 11
- Kerntriebwerk
- 12
- Lufteinlass
- 14
- Mitteldruckverdichter
- 15
- Hochdruckverdichter
- 16
- Verbrennungseinrichtung
- 17
- Hochdruckturbine
- 18
- Bypassschubdüse
- 19
- Niederdruckturbine
- 20
- Kernschubdüse
- 21
- Triebwerksgondel
- 22
- Bypasskanal (Strömungskanal)
- 23
- Fan
- 24
- Mitteldruckturbine
- 25
- Niederdruckwelle
- 26
- Mitteldruckwelle
- 27
- Hochdruckwelle
- 50
- triebwerksseitige Kommunikationsvorrichtung
- 51
- erste Antenne
- 52
- luftfahrzeugseitige Kommunikationsvorrichtung
- 53
- Antenne
- 54
- Überwachungseinheit
- 55
- zweite Antenne (Ringantenne)
- 56
- Sensor
- 57
- Kabel
- 58
- dritte Antenne
- 59
- Datenverarbeitungseinheit
- 60
- Kabelverbindung
- 61
- Auswerteeinheit
- 62
- Überwachungseinheit
- 80
- Luftfahrzeugrumpf (Flugzeugrumpf)
- 81
- Fenster
- A
- Kernluftstrom
- B
- Bypassluftstrom
