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Kraftstoffzufuhr-Regeleinrichtung Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffzufuhr-Regeleinrichtung,
insbesondere für Strahltriebwerke, mit einer vom Triebwerk angetriebenen Pumpe der
Verdrängerbauart zur Förderung des Kraftstoffes, einer einstellbaren Drosseleinrichtung,
durch welche der Kraftstoff auf seinem Weg von der Pumpe in die Brennkammer -des
Triebwerks strömt, und einer Einrichtung, welche den Druckabfall an der Drosseleinrichtung
dadurch konstant hält, daß sie die überschüssige, von der Pumpe geförderte Kraftstoffmenge
zu einem Punkt niedrigeren Druckes ableitet, sowie mit einer zusätzlichen Anordnung,
welche die zur die Zufuhr in die Brennkammer regelnden Drosseleinrichtung geförderte
Kraftstoffmenge begrenzt, wenn die Drehzahl des Triebwerkes einen vorgegebenen Höchstwert
des Nennbetriebes erreicht oder überschreitet.
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Gemäß der Erfindung ist eine Notschalteinrichtung vorgesehen, deren
Betätigung die Begrenzung der Kraftstoffmenge bei Erreichen der vorgegebenen Höchstdrehzahl
bis zum Erreichen einer höheren Not-Höchstdrehzahl unwirksam macht.
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Eine derartige Einrichtung ist insbesondere bei Flugzeugen von Vorteil,
die eine Anzahl von getrennten Hub-Triebwerken haben. Wenn bei einem derartigen
Flugzeug ein Hub-Triebwerk ausfällt, so ist es durch die Erfindung möglich, den
erforderlichen Hub aufrechtzuerhalten, der zumindest für eine sichere Landung erforderlich
ist. In einem derartigen Fall überwiegen die Sicherheitsanforderungen offensichtlich
alle Bedenken, die beispielsweise bezüglich eines überdrehens eines Triebwerkes
oder einer Vibration des Flugzeuges vorgebracht werden können.
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Es ist zwar bereits eine Kraftstoffzufuhr-Regeleinrichtung bekannt,
welche Elektromagneten aufweist, C
die eine Begrenzung der Bewegung des Ventilkörpers
für Start und Leerlauf bewirken. Mit einer derartigen Einrichtung kann aber keinesfalls
in einem Notfall die Begrenzung der Kraftstoffmenge für eine dem Nennbetrieb entsprechende
Höchstdrehzahl außer Kraft gesetzt werden.
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Zweckmäßigerweise kann die Notschalteinrichtung mit dem Drosselsteuerorgan
derart gekuppelt sein, daß sie durch Bewegung des letzteren über eine der Höchstgrenze
des Nennbetriebs-Betätigungsbereiches entsprechende Stellung wirksam wird. Die Notschaltung
kann mittels eines Servomotors auf die Federbelastung eines Fliehkraftreglers einwirken.
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Zwischen Brennstoffpumpe und dem Drosselventileinlaß kann eine überströmeinrichtung,
eingeschaltet sein, welche bei niedrigen Drehzahlen die Brennstoffzufuhr entsprechend
der Aufnahmefähigkeit des Triebwerkes begrenzt. Für das zuletzt genannte Merkmal
wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Schutz nur in Verbindung mit den übrigen
Merkmalen der Erfindung begehrt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Diese zeigt im Schnitt die teilweise schematisch dargestellten Einzelteile einer
Kraftstoffzufuhreinrichtung für vin Strahltriebwerk, vorzugsweise für ein leichtes
Turbostrahltriebwerk für Hubzwecke, und die hydraulische Verbindung derselben.
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Weil das Gewicht eines Flugzeuges sich nicht wesentlich mit der Höhe
über dem Boden ändert, soll in solchen Triebwerken der erzeugte Schub und damit
die Größe der Kraftstoffzufuhr in das Triebwerk im wesentlichen unabhängig von der
Höhe und damit unabhängig vom atmosphärischen Druck und der Umgehungstemperatur
sein. Das Triebwerk ist ausgestattet mit einer Hauptbrennerdüse 1 und einer
Startdüse 2, in welche wahlweise Kraftstoff von einem Tankanschluß 3 durch
eine Kraftstoffpurape 4 der
Verdrängerbauart gefördert wird, die
hier als Zahnradpumpe ausgeführt ist. Der Eintrittsdruck dies-er Pumpe wird durch
Einschaltung einer als Zentrifugalpumpe wirkenden sogenannten Vorpumpe
5 zwischen der Pumpe 4 und dem Tankanschluß 3 auf einer geeigneten,
eine Kavitationsgefahr ausschließenden Höhe gehalten. Die Pumpe 4 ist so ausgelegt,
daß sie in allen Betriebszuständen Kraftstoff in einer Menge fördert, die den Maximalverlbrauch
des Triebwerkes noch übersteigt. Die Kraftstoffmenge, welche in das Triebwerk gefördert
wird, und deren Verteilung auf die Hauptbrennerdüse 1 oder die Startdüse
2 wird durch eine Drossel- und überströmventilanordnung A
geregelt,
die durch einen Triebwerkssteuerhebel 6 gesteuert wird.
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Die Drossel- und überströrnventilanordnung A
enthält
im wesentlichen einen Schieber 7, der durch den Steuerhebel 6 über
einen Zahnstangenantrieb 9
in einer mit Schlitzen versehenen Büchse
8 verschiebbar ist. ,
Der Schieber 7 weist konische Steuerschlitze
10
auf, die mit einer öffnung 11 zusammenarbeiten, zu der Kraftstoff
von der Pumpe 4 geliefert wird. Ein überströrnventil 12, das mit einem zur Öffnung
11
führenden Rohr verbunden ist, wird durcheine Feder 13 in Richtung
der Schließstellung belastet und kann gegen den Druck der Feder 13 durch
eine Membran 14 geöffnet werden, auf deren eine Seite der in der Öffnung
11 herrschende Druck über ein Rohr 15 einwirkt, während die andere
Seite der Membran über eine Längsbohrung 16 in dem Schieber 7 dem
Druck ausgesetzt ist, mit dem der Kraftstoff von dem Schieber an die Hauptbrennerdüse
1 geliefert wird. Die Feder 13 ist durch eine Stellschrauhe
17 auf einenbestimmten Wert eingestellt. Sobald der Druck in der Öffnung
11 über diesen Wert hinauszusteigen beginnt, öffnet sich das t)b.erströmventil
12 gegen die Wirkung der Feder 13 und gestattet dem überflüssigen Kraftstoff,
durch eine Abflußöffnung 18 abzufließen.
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Der Schieber 7, welcher in einer Lage dargestellt ist, die
der normalen, d. h. der dem Nennbetrieb zugehörenden Höchstleistung des Triebwerkes
entspricht, dient zur Steuerung der Zufuhr in das Strahltriebwerk unter allen Bedingungen.
In seiner Sperrstellung sperrt eine Steuerfläche 19 des Schiebers
7
die Öffnung 11 von demienigen Ende der Büchse 8
ab, welches
mit der Hauptbrennerdüse 1 in Verbindung steht, und in dieser Sperrstellung
ist eine Zweigleitung 20 der Längsbohrung 16 in dem Schieber
7
zu einem Abflußrohr 21 offen. Dadurch ist sichergestellt, daß an'der Steuerfläche
19 vorbeisickernder X.taftstoff nicht einen Druck aufbaut, der ausreichen
würde, um Kraftstoff in die Hauptbrennerdüse 1 zu drücken. Wenn der Schieber
7 fortschreitend von der SperrstellÜng in die dargestellte Höchstleistungsstellung
-verschoben wird, erreicht er zunächst eine Startstellung, in der die Abflußverbindung
20, 21 unterbrochen ist undin der eine ringförmige Öffnung 22 eine Verbindung zwischen
der Einströrnöffnung 11 und einer zur Startdüse 2 führenden Startöffnung
13 herstellt. Bei einer weiteren Bewegung in derselben Richtung erreicht
der Schieber eine Leerlaufstellung, in der die Schlitze 10 begrenzte- Durchlässe
für die Kraftstoffzufuhr von der Öffnung 11 zur Hauptbrennerdüse
1 freigeben, während die Zufuhr zur Startdüse 2 durch die Steuerfläche
19 abgesperrt ist. Zur gleichen Zeit stellt ein in dem Schieber
7 in Längsrichtung verlaufender Schlitz 24 eine Verbindung zwischen der Abflußöffnung
18 und einer Signalleitung 25 zu einem weiter unten beschriebenen Zweck her.
Eine weitere Verschiebung des Schiebers 7 in derselben Richtung vergrößert
allmählich die begrenzten Durchlässe -der Schlitze 10, wodurch eine wachsende
Durchflußmenge von der öffnung 11 zur Hauptbrennerdüse 1 gelangt,
bis die dargestellte Stellung und damit der normale maximale Durchfluß zur Hauptbrennerdüse
erreicht ist. Bei außergewöhnlichen Umständen, z. B. dem eingangs geschilderten
Notzustand des Ausfalles eines von zwei Hub-Triebwerken, ist jedoch eine Verstellung
des Steuerhebels 6 des Schiebers 7 über diese Stellung hinaus zulässig,
wodurch ein noch weiteres Anwachsen der nutzbaren Querschnittsfläche an den Schlitzen
10 erfolgt. Zur gleichen Zeit wird der in Längsrichtung verlaufende Schlitz
24 von der Abflußöffnung 18 getrennt. Statt dessen wird eine Verbindung des
Zweiges 20 der Längsbohrung 16 mit der Signalleitung 25 hergestellt,
und somit steht diese nicht mehr unter dem niedrigen Druck, sondern unter Brennerdüsendruck.
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Um sicherzustellen, daß in der Startstellung ein ausreichender Druck
aufgebaut wird, um die Startdüse in Betrieb zu setzen, ist ein federbelastetes Druckventil
26, welches eine Drosselöffnung 27 enthält, zwischen der Büchse
8 und der Hauptbrennerdüse 1 angeordnet. Dieses Ventil stellt außerdem
sicher, daß unter allen Bedingungen in dem System ein angemessenes Druckniveau aufrechterhalten
wird, wodurch der überschüssige- Kraftstoff durch das Umgehungsventil 12 oder durch
andere, noch zu beschreibende Umgehungselemente abgeleitet werden kann.
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Die Regelung der Kraftstoffzufuhr für die Höchstdrehzahl erfolgt durch
eine Regeleinrichtung B, die einen Satz Reguliergewichte 28 aufweist, welche
an einer Hülse 29,schwenkbar befestigt sind, die ein entsprechend der Triebwerksdrehzahl
angetriebenes Zahnrad 30 trägt. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft bewirken
die Gewichte 28 über eine Stange 31 die Verschiebung eines Kolbenschiebers
32 gegen die Wirkung einer Feder 63 und damit die fortschreitende
Öffnung von Schlitzen 33. Diese verbinden die Kraftstoffleitung 34, welche
zu der Drossel- und Überlaufventilanordnung A fährt und durch die Pumpe 4
mit Kraftstoff versorgt wird, über eine nicht dargestellte (weil außerhalb der Schnittebene
liegende) Leitung miteiner Kammer 35, die über eine Leitung 36 mit
der Saugseite der Kraftstoffpumpe 4 in Verbindung steht.
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Die Wirkung der Reguliergewichte 28 wird durch ein Federpaar
37, 38 unterstützt, zwischen den-en das eine Ende eines Hebels
39 eingeschoben liegt, der bei 40 schwenkbar gelagert ist. Das andere Ende
des Hebels 39 liegt an einem Signalkolben 41 an und drückt diesen normalerweise
gegen eine Stellschraube 42.
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Die Höchstdrehzahlanordnung ist in der Stellung dargestellt, die sie
einnimmt, wenn die Drossel- und Überlaufventilanordnung für eine Drehzahl im Bereich
des Nennbetriebes eingestellt ist, so daß die Si nalleitune 25 mit der Abflußöffnung
18 verbun-9 C
den ist und deshalb auf den Signalkolben 41 kein
Druck einwirkt. In diesem Zustand ermöglichen die Reguliergewichte 18, daß
der überschüssige Kraftstoff durch die Schlitze 33 abfließt, wenn das Triebwerk
die
normale Höchstdrehzahl erreicht. Wenn der Steuerhebel 6 an der Anordnung
A in die außerordentliche Stellung verstellt wird und dementsprechend die
Signalleitung 25 unter Hauptbrennerdüsendruck steht, bewegt sich der Signalkolben,
41 von dem Ende der SteRschraube 42 weg, bis eine Anschlagschulter 43 im Kolben
41 auf einen Abschlußflansch 44 der Schraube 42 trifft. Dabei wird die Feder
37 zusammengedrückt und der Druck auf die Feder 38 verringert, welche
die Zentrifugalkraft der Fliehgewichte unterstützt. Dies bewirkt, daß kein Kraftstoff
bei der Höchstdrehzahl des Nennbetriebes abfließen kann und der Schieber
32 die Schlitze 33
erst zu öffnen beginnt, wenn die außerordentliche
oder Not-Höchstdrehzahl des Triebwerkes erreicht ist.
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Zweckmäßig sind die Stange 31 und der Kolbenschieber
32 so angeordnet, daß sie sich mit den Reguliergewichten 28 mitdrehen,
und es ist zwischen dem Schieber und der Stange einerseits und den Belastungsfedem
andererseits ein Kugeldrucklager angeordnet (nicht abgebildet). Eine solche Drehung
des Kolbenschiebers 32 vermindert bei einer Längsverschiebung des Schiebers
als Folge der Einwirkung der Fliehgewichte die Reibungswiderstände auf ein Minimum.
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Das System enthält außerdem eine Beschleunigungs-Regeleinrichtuna,
C, welche bei Drehzahlen, die unterhalb der Höchstdrehzahl des Nennbetriebes
liegen, die Kraftstoffmenge, die durch die Drossel-und überlaufventilanordnung
A gelangt, auf den Wert begrenzt, bei dem ein Kompressorpumpenstoß bei der
betreffenden Drehzahl vermieden wird. Für diesen Zweck ist eine vorzugsweise einstellbare
Drosselöffnung 46 in der Förderleitung der Kraftstoffpumpe 4 vorgesehen. Die Drücke
auf beiden Seiten dieser Drosselöffnung wirken auf eine Endfläche eines Kolbenschiebers
47 bzw. auf einen Schiebekörper 51. Der Kolbenschieber 47 gleitet in einer
mit Schlitzen versehenen Bohrung 48 und besteht aus einem Stück mit einem Zahnrad
49, welches, um die Reibung bei der Längsverschiebung des Schlebers 47 zu verringern,
durch eine vom Triebwerk angetriebene Welle 50 gedreht wird, die eine Verzahnung
von angemessener Länge aufweist. Der sich nicht drehende Schiebekörper
51 wird zusätzlich durch eine einstellbare Feder 52 beaufschlagt und
überträgt den Schub auf den Schieber 47 über eine Drucklageranordnung
53. Die Bohrung 48 hat zwei Schlitze 54 und 55, von denen ersterer
mit der Kraftstoffzufuhrleitung 34, welche in die Drossel- und überlaufventilanordnung
A führt, verbunden ist und der zweite in eine Kammer 56 führt, die
dem einen Ende eines frei drehbaren Verbindungsschiebers 57
gegenüberliegt.
Dieser wird gleichfalls durch die vom Triebwerk angetriebene Welle 50 über
ein Zahnrad 58 gedreht, das mit dem Verbindungsschieber aus einem Stück besteht
und außerdem, als Zwischenrad wirkend, die Drehbewegung von der Welle
50 auf das Zahnrad 30 der Reggleranordnung, B überträgt. Der Verbindungsschieber
57 besitzt Schlitze 59, die mit der Kammer 56 in Verbindung
stehen und die gemäß der Stellun- des Verbindun-sschiebers 57 einen veränderlichen
Teil des Kraftstoffes, der durch den Schlitz 55 gelangt ist, in die Kammer
35 leiten kann, welche mit der Saugseite der Kraftstoffpumpe 4 verbunden
ist. Die gegenüberliegende Seite des Verbindungsschiebers 57 steht unter
dem Druck der Kraftstoffleitung 34, welche zu der Öffnung 11 der Drossel-und
Überlaufventilanordnung A führt. Der Verbindungsschieber 57 nimmt
dadurch automatisch eine solche Stellung ein, daß der freigegebene Teil der Schlitze
59 gerade ausreicht, um den Druck in der Kammer 56 und damit in dem
Schlitz 55 auf gleicher Höhe wie in der Kraftstoffleitung 34 zu halten. Auf diese
Weise ist sichergestellt, daß der Druckabfall in den Schlitzen 54 und
55 gleich ist und daß dadurch ,das Verhältnis, unter dem der von der Pumpe
4 geförderte Kraftstoff zwischen der Kraftstoffleitung 34 und dem Rückfluß über
den Schlitz 55 verteilt wird, der relativen Größe der Öffnungen entspricht,
die durch Zusammenarbeit der Schlitze 54 und 55 mit den ihnen im Schieber
47 gegenüberliegenden öffnungen 54 a und 55 a gebildet
werden.
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Die Kraftstoffpumpe 4 wird von dem Triebwerk angetrieben und dreht
sich deshalb mit einer der Triebwerksdrehzahl proportionalen Drehzahl, woraus folgt,
daß die Kraftstoffzufuhr durch die Drosselöffnung 46 im wesentlichen gleichfalls
der Triebwerksdrehzahl proportional ist und daß der Druckabfall an der Drosselöffnung
46 und damit die Verschiebung des Sch#iebers 47 vorherbestimmte Funktionen der Triebwerksdrehzahl
darstellen. Durch geeignete Fonngebung der Öffnungen der Schlitze 54 und
55
und/oder der damit zusanunenwirkenden Schlitze 54 a und
55 a in dem Schieber 47 kann dieses Verhältnis für jede Triebwerksdrehzahl
genau festgelegt werden in übereinstimmung mit der Charakteristik des Triebwerkes,
so daß zu jeder Drehzahl die maximale Zufuhr, die !der Hauptbrennerdüse
1 zur Verfüaung steht, auf den Betrag begrenzt ist, der bei der herrschenden
Triebwerksdrehzahl das maximale Drehmoment erzeugt.