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Regeleinrichtung für Strahltriebwerke Regeleinrichtungen für Strahltriebwerke
sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und werden im allgemeinen mit Hilfe
einer Servoflüssigkeit gesteuert. Insbesondere ist eine Ausführungsform bekannt,
die mit einer Brennstoffdosiervorrichtung und einem als Differenzdruckregler ausgebildeten
Fördermengenregler arbeitet. Die Brennstoffdosiervorrichtung besitzt bei der bekannten
Ausführungsform ein Drosselventil in der Brennstoffzuleitung zur Brennkammer, dessen
Öffnung als Stellgröße von einem Stellmotor mit Arbeitskolben und mit dessen hydraulische
Betätigung bestimmenden, einerseits vom Drehzahl-Istwert der Turbine und andererseits
und entgegengesetzt über eine Feder von dem von Hand einstellbaren Drehzahl-Sollwert
beaufschlagten, also in Abhängigkeit von der Drehzahlabweichung als Regelgröße längsverschieblichen
Steuerschieber sowie mit einer hydraulischen Rückführung zwischen Arbeitskolben
und Steuerschieber verstellt wird, wobei in dem Fördermengenregler der Brennstoffdifferenzdruck
an der Drosselventilöffnung durch ein in Abhängigkeit von diesem Differenzdruck
betätigtes Regelventil konstant gehalten wird und wobei ferner der Gesamtluftdruck
am Kompressoreintritt sowie am Kompressoraustritt als Hilfsgröße die zur Brennkammer
strömende Brennstoffmenge mitbestimmen. Man versucht mit den letzteren Maßnahmen
die Regeleinrichtung den mit Flugzustand und Höhe außerordentlich stark wechselnden
Betriebsbedingungen anzupassen. Im ganzen ist die bekannte Ausführungsform jedoch
nicht frei von Nachteilen. Einerseits ist die Stabilität der Regelung nicht gewährleistet,
tatsächlich fehlt eine dazu geeignete Rückführung, im übrigen ist weder eine automatische
Höhenkorrektur verwirklicht noch die Einrichtung im ganzen und bei jeder Höhe sowie
Fluggeschwindigkeit unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der der Pilot den Drehzahl-Sollwert
einstellt, d. h. den Gashebel betätigt.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Regeleinrichtung
für die Strahltriebwerke so auszubilden, daß sie einerseits unabhängig von der Höhe
und der Fluggeschwindigkeit des mit ihr ausgerüsteten Flugapparates die für die
richtige Speisung des Strahltriebwerkes erforderliche Fördermenge sicherstellt,
daß sie dabei andererseits unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher der Pilot
den Gashebel betätigt, die richtige Beschleunigung des Strahltriebwerkes gewährleistet.
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Die Erfindung erreicht die Lösung der gestellten Aufgabe durch die
Kombination mehrerer Maßnahmen. Die Erfindung betrifft eine mit Hilfe einer Servoflüssigkeit
gesteuerte Regeleinrichtung für Strahltriebwerke mit Brennstoffdosiervorrichtung
und als Diferenzdruckregler ausgebildetem FördermengenregIer, wobei die Brennstoffdosiervorrichtung
ein Drosselventil in der Brennstoffzuleitung zur Brennkammer aufweist, dessen Öffnung
als Stellgröße von einem Stellmotor mit Arbeitskolben und mit dessen hydraulische
Betätigung bestimmenden, einerseits vom Drehzahl-Istwert der Turbine und andererseits
und entgegengesetzt über eine Feder von dem von Hand einstellbaren Drehzahl-Sollwert
beaufschlagten, also in Abhängigkeit von der Drehzahlabweichung als Regelgröße längsverschieblichen
Steuerschieber sowie mit einer hydraulischen Rückführung zwischen Arbeitskolben
und Steuerschieber verstellt wird, wobei in dem Fördermengenregler der Brennstoffdifferenzdruck
an der Drosselventilöffnung durch ein in Abhängigkeit von diesem Differenzdruck
betätigtes Regelventil konstant gehalten wird und wobei ferner der Gesamtluftdruck
am Kompressoreintritt sowie am Kompressoraustritt als Hilfsgröße die zur Brennkammer
strömende Brennstoffmenge mitbestimmen. Erfindungsgemäß ist eine derartige Regeleinrichtung
für Strahltriebwerke gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:
a) daß die hydraulische Rückführung der Brennstoffdosiervorrichtung den Steuerschieber
im instabilen Zustand entgegen der auf ihn auf Grund der Abweichung von Drehzahl-Soll-
und -Istwert wirkenden Kraft einer Gegenkraft aussetzt, welche einerseits durch
den Druck der Servoflüssigkeit in einer Leitung erzeugt wird, welche
die
Kammer eines Steuerkolbens der Rückführung mit derjenigen Stirnfläche des Steuerschiebers
verbindet, die unter der Wirkung des Drehzahl-Istwertes steht, und andererseits
durch den Druck der Servoflüssigkeit in einer Leitung erzeugt wird, welche die Kammer
des Steuerkolbens der Rückführung mit derjenigen Stirnfläche des Steuerschiebers
verbindet, die unter der Wirkung des Drehzahl-Sollwertes steht, b) daß der Fördermengenregler
als Einrichtung zur Höhenkorrektur einen doppeltwirkenden Kolben aufweist, auf dessen
Kolbenflächen der Druck vor bzw. hinter der Öffnung des Drosselventils geleitet
ist, wobei der Kolben außerdem der Kraft einer Feder ausgesetzt ist, welche dem
Unterschied dieser vor und hinter der Öffnung herrschenden Drücke das Gleichgewicht
hält und ihrerseits unter der Einwirkung des Arbeitskolbens einer hydraulischen
Servosteuerung steht, deren Schieber von diesem Arbeitskolben gesteuert wird, wobei
dieser Steuereinfluß durch den Gesamtdruck am Eingang des Verdichters modifiziert
wird, c) daß in der zur Ansaugseite der Speisepumpe für die Servoflüssigkeit zurückführenden
Leitung eine einerseits vom Drehzahl-Istwert, andererseits vom Druck am Ausgang
des Verdichters gesteuerte Druckregeleinrichtung vorgesehen ist.
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Im einzelnen läßt sich die Erfindung auf verschiedene Weise verwirklichen.
So empfiehlt es sich, die Brennstoffdosiervorrichtung und den Fördermengenregler
mit der gleichen Servoflüssigkeit arbeiten zu lassen.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind einerseits darin
zu sehen, daß bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung die Stabilität des Regelvorganges
über eine hydraulische Rückführung gewährleistet ist, wobei durch weitere Ausbildung
der letzteren die Regeleinrichtung zugleich auch unabhängig von der Geschwindigkeit
wird, mit der der Drehzahl-Sollwert eingestellt, d. h. der Gashebel betätigt wird.
Dabei arbeitet die Regeleinrichtung außerdem und stets im ganzen unabhängig von
der Höhe und der Fluggeschwindigkeit des mit ihr ausgerüsteten Flugapparates.
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Im folgenden wird die Erfindung auch bezüglich weiterer Einzelheiten
an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher
erläutert.
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Die Figur zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.
Die in dem Schema dargestellte Regeleinrichtung für Strahltriebwerke arbeitet mit
Hilfe einer Servoflüssigkeit und besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem
Brennstoffverteiler A, einem Fördermengenregler B, einer Brennstoffdosiervorrichtung
C und einer Vorrichtung zur Geschwindigkeitsvoreinstellung D. Der Brennstoffverteiler
A steuert über den Fördermengenregler B die Brennstoffdosiervorrichtung C mit Hilfe
der unter einem zeitweiligen Steuereinfluß stehenden hydraulischen Servoflüssigkeit.
Die Brennstoffdosiervorrichtung C ist mit der Vorrichtung zur Drehzahlvoreinstellung
D kombiniert und arbeitet auf eine Drosselstelle veränderlicher Förderleistung E.
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Der Brennstoffverteiler A enthält eine Pumpe 1, welche durch eine
Leitung 2 über einen Filter 3 den in einem Behälter 4 enthaltenen Brennstoff ansaugt
und diesen in eine Leitung 5 fördert. Der Förderdruck der Pumpe 1 wird in an sich
bekannter Weise über ein Steuerventil 6 im Pumpenrücklauf konstant gehalten.
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Die Leitung 5 führt zum Zylinder 7 des Fördermengenreglers B, von
welchem aus der Brennstoff durch eine Leitung 8 der Brennstoffdosiervorrichtung
C zugeführt wird, welche über die Servoflüssigkeit gesteuert wird.
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Das Dosierglied der Brennstoffdosiervorrichtung C weist eine Kammer
9 auf, welche mit einer Öffnung 10 versehen ist, deren Querschnitt mittels einer
Nadel 11 verändert wird, deren Verstellung durch den Arbeitskolben 19 des
hydraulischen Reglers gesteuert wird. Der hinter der Brennstoffdosiervorrichtung
herrschende Druck wird durch eine Leitung 12 auf eine Seite eines im Zylinder 7
angeordneten Kolbens 13 übertragen, dessen andere Seite über die Leitungen 5 und
8 dem vor der Dosiervorrichtung herrschenden Druck ausgesetzt wird. Der Kolben 13
steht ferner unter der Einwirkung einer Feder 14, welche dem Unterschied zwischen
den hinter und vor dem Kolben herrschenden Drücken das Gleichgewicht hält. Wenn
dieser Druckunterschied von der Spannung der Feder 14 verschieden ist, entsteht
eine Verstellung des Kolbens 13 im Zylinder 7, welche den Durchtrittsquerschnitt
für den Brennstoff durch diese Kammer verändert, bis der Unterschied der Drücke
vor und hinter dem Kolben wieder auf seinen durch die Feder 14 abgeglichenen ursprünglichen
Wert zurückgeführt ist. Am Ausgang der Brennstoffdosiervorrichtung führt eine Leitung
15, in welche der allgemeine Hahn 16 eingeschaltet ist, den Brennstoff zu dem Injektor
17 des Turbostrahltriebwerkes 18.
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Das servogesteuerte Regelsystem der Brennstoffdosiervorrichtung C
weist, wie erwähnt, den Arbeitskolben 19 auf, welcher hydraulisch mit dem Kolben
20 der Rückführung mit den Elementen 20 bis 23 gekoppelt ist. Zur Rückführung gehören
so die Kammern 21 und 22 mit Schlitzen 20 a, deren Drücke schließlich
am Ende des übergangszustandes durch ein regelbares Ausgleichsdrosselventil
23 ausgeglichen werden. Diese Anordnung wird mit Drucköl über den Steuerschieber
24 eines Steuerverteilers gespeist, welcher durch eine Leitung 25 mit einer Pumpe
26 verbunden ist, welche mit einem überdruckventil 27 kombiniert ist und das Drucköl
über eine Leitung 28 und ein Filter 29 aus einem Ölbehälter 30 empfängt.
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Auf die Stirnflächen des Steuerschiebers 24 wirken einerseits die
Fliehgewichte 31, deren Drehzahl ein Maß für die Drehzahl der Turbine ist und damit
der Drehzahl-Istwert, bzw. andererseits eine Feder 32, deren Spannung durch die
Einstellung an der Vorrichtung D zur Drehzahlvoreinstellung gegeben ist und damit
der Drehzahl-Sollwert. Die Fliehgewichte 31 werden dazu von dem Teil 33 angetrieben,
welches seinerseits von der Turbine des Turbostrahltriebwerkes angetrieben wird
und mit einer Verzahnung 34 versehen ist. Die Vorrichtung D wird durch einen Handhebel
36 betätigt, welcher mit einem sich vor einer Drehzahlskala 38 verstellenden Zeiger
37 verbunden ist. Dieser Handhebel verdreht eine Welle 39, welche über einen Satz
von Kegelrädern 40
und 41 ihrerseits eine Welle 42 antreibt. Auf der Welle
42 sind zwei Nocken befestigt, von denen der Nocken 43 über eine Hebelübertragung
44 ein Zahnrad 45 antreibt, welches mit einer von dem allgemeinen Hahn
16 getragenen Zahnstange 46 im Eingriff
steht. Der
andere Nocken 47 betätigt einen Hebel 48, welcher sich an einem höhenverstellbaren
Teil 49 abstützt und an einer Gewindespindel 50 angelenkt ist, welche ein mit einer
Gewindebohrung versehenes Zahnrad 51 trägt, dessen Stellung mittels eines handbetätigten
Zahnrades 52 gesteuert werden kann.
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Der Steuerschieber 24 des Steuerverteilers wird zur Verminderung seiner
Reibung durch eine kleine Turbine 53 in Umdrehung versetzt, welche ihrerseits von
dem die Fliehgewichte 31 umspülenden öl in Umdrehung versetzt wird. Die Förderleitungen
54 und 55 des Steuerverteilers werden mit der zu dem ölbehälter 30 führenden Leitung
56 über die sich drehende Drosselstelle57 veränderbaren Querschnitts in Verbindung
gesetzt, welche ihre Bewegung von dem Zahnrad 58 erhält, welches durch das mit der
Verzahnung 34 im Eingriff stehende Zahnrad 59 angetrieben wird. Die Fördermenge
dieser Drosselstelle wird entgegen der Feder 60 durch eine Kapsel 61 geregelt, welche
in einer Kammer 62 angeordnet ist, welche durch eine Leitung 63 mit dem Förderdruck
des Verdichters des Turbostrahltriebwerkes 18 in Verbindung steht.
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Die Steuerung des Kolbens 13 des Fördermengenreglers B erfolgt in
Abhängigkeit von dem Gesamtdruck am Eingang des Verdichters mittels einer gesteuerten
hydraulischen Servosteuerung. Diese Servosteuerung enthält einen Verteiler 64, welcher
durch die Pumpe 26 und die Leitung 65 mit Drucköl gespeist wird. Zur Vermeidung
der Reibung wird der Schieber 64 durch einen kleinen Getriebemotor 66 in Umdrehung
versetzt, welcher durch das die Servosteuerung speisende öl angetrieben wird. Der
Schieber 64 leitet über die Leitung 67 Drucköl auf einen Arbeitskolben 68, welcher
die Spannung der Feder 14 verändert und somit eine Verstellung des Kolbens 13 bewirkt.
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Der Schieber 64 wird ferner durch den Arbeitskolben 68 mittels eines
Hebels 69 gesteuert, welcher sich auf einem Nocken 70 abstützt, welcher mit einem
Zahnrad 71 verbunden ist, welches mit einer an der Kolbenstange des Arbeitskolbens
68 ausgebildeten Zahnstange 72 im Eingriff steht. Der Hebel 69 stützt sich auf einem
Stößel 73 ab, welcher durch Aneroidkapseln 74 verstellt wird, welche unter
der Einwirkung des Gesamtdrucks am Eingang des Verdichters stehen. Der Rückfluß
der Servosteuerung des Fördermengenreglers erfolgt durch eine in die Leitung 56
mündende Leitung 75.
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Konstante Drosselstellen 76 und 77 sind in an die BrennstoffdosiervorrichtungC
und den Fördermengenregler B angeschlossene Abzweigungen eingeschaltet, um das Arbeiten
der Maschine beim Anlassen und im Langsamlauf zu ermöglichen. Das Anlassen erfolgt
mittels einer nicht dargestellten Mikropumpe, welche den Brennstoff von der Pumpe
1 unmittelbar dem Strahltriebwerk 18 zuführt. Die Speiseleitung 78 dieser Mikropumpe
enthält ein kleines von Hand regelbares Ventil 79 zur Herstellung einer regelbaren
Ausströmöffnung an der Hauptleitung 5, was die Herstellung der gewünschten Speisung
der Mikropumpe ermöglicht. Ein zweites Ventil 80, welches unter der Einwirkung eines
verzögerten elektrischen Relais 81 steht, gestattet die Begrenzung der Speisung
der Mikropumpe auf die für das Anlassen erforderliche Dauer.
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Ein Sicherheitsventil 82, welches in eine vor dem Hahn 16 in die Leitung
15 mündende Leitung 83 eingeschaltet ist, gestattet eine Förderung des Brennstoffs
auf die Ansaugseite der Pumpe 1, um einen gefährlichen Überdruck zu vermeiden, wenn
die Pumpe 1 bei der Schließung des Hahns 16 mit der Fördermenge Null arbeitet.