DE1202647B - Steuersystem fuer ein Strahltriebwerk - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. α.:

B 64c

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 62 b-37/02

Nummer: 1202 647

Aktenzeichen: H45472XI/62b

Anmeldetag: 13. April 1962

Auslegetag: 7. Oktober 1965

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für ein Strahltriebwerk, beruhend auf der Messung der Mach-Zahl, der Messung des Druckverhältnisses Pi: P'_c, wobei P₁- der Druck unmittelbar hinter der Normalstoßwelle und P_c der Druck unmittelbar hinter der schräg verlaufenden Stoßwelle ist, sowie der Einhaltung einer vorgegebenen Beziehung zwischen dem Druckverhältnis P₁ : P_c und der Mach-Zahl durch Steuerung des Lufteinlasses in das Triebwerk in Abhängigkeit von der Mach-Zahl und dem Druck-Verhältnis P₁: P_c.

Das erfindungsgemäße Steuersystem ist gekennzeichnet durch ein mittels einer Membran in zwei Abteile unterteiltes Gehäuse, durch Mittel, die das eine Abteil auf der einen Seite der Membran Luft unter einem Druck aussetzen, der durch die Vorrichtung zur Messung der Mach-Zahl bestimmt ist, durch einen Einlaß, der Druckluft in das andere Abteil des Gehäuses auf der anderen Seite der Membran leitet, durch einen Auslaß aus diesem Abteil des Gehäuses, *° der von einer an einem Servokolben befestigten Nadel gesteuert ist, durch ein Servoventil zur Steuerung der Lage des Servokolbens, das an der Membran angebracht ist und sich bei Nicht-Gleichgewicht der Luftdrücke auf beiden Seiten der Membran be- «5 wegt und eine Bewegung des Servokolbens und der Nadel in Richtung der Wiederherstellung des Druckgleichgewichts bewirkt und zugleich die Verstellung des Lufteinlasses hervorruft.

Steuersystem für ein Strahltriebwerk

Anmelder:

H. M. Hobson Limited, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:

William Donald McCourty,

Wolverhampton, Staffordshire;

Eric Williams,

Codsall, Staffordshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 2. Mai 1961 (15 924)

In Fig. 1 bedeutet die Linie I-I die Mittelachse des Ansaugstutzens eines Triebwerks; der Ansaug-Zusätzlich kann das erfindungsgemäße Steuer- 3° stutzen selbst ist mit 50 bezeichnet. Er weist einen system Mittel zur Verstellung des Lufteinlasses nach Mittelkörper 30 auf, gebildet von durch ein Kraft-Maßgabe von Änderungen der Lufteinlaßtemperatur gerät 31 verstellbaren Klappen 51, 52. Am Eingang umfassen. Diese temperaturabhängige Steuerung kann des Ansaugstutzens 50 bildet sich eine schräg vergebildet sein von einer Nadel zur Steuerung des laufende Stoßfläche A und eine Normalstoßwelle B. Druckmittelzuflusses nach dem unterteilten Gehäuse 35 Ein Druck P₁ wird unmittelbar hinter der Normal- und durch eine Vorrichtung, die auf die Lufteinlaß- stoßwelle B gemessen, ein Druck P_c unmittelbar hintemperatur anspricht und demgemäß die Nadel einstellt.

Die Meßvorrichtung zur Messung des Druckverhältnisses P₁: P_c kann zur Betätigung eines Servomotors dienen, der den Lufteinlaß in das Triebwerk einstellt. Die Kopplung zwischen dem die Nadel tragenden Servokolben und der Meßvorrichtung zur Messung des Druckverhältnisses P₁: P_c kann in der

Weise hergestellt sein, daß der Servokolben die Meß- 45 des Triebwerks ist, wie noch später erörtert wird, Vorrichtung des Druckverhältnisses P₁: P_c aus dem durch ein hydraulisches Tandemgerät 31 verstellbar,

das seinerseits von einem Servomotor 14, 15 her über hydraulische Zwillingssteuerventile 32, 33 gesteuert wird, denen ein hydraulischer Druck von gesonderten Quellen über Leitungen 34, 35 zugeführt wird. Die Steuerventile sind an den Servomotor 14, mittels eines Hebels 10 gekuppelt, der bei 11 an

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ter der schräg verlaufenden Stoßwelle A und ein Druck P, der sogenannte Raleigh-Druck, an der in der F i g. 1 mit P bezeichneten Stelle.

Das Kraftgerät 31 dient dazu, die Klappen 51, 52 je nach den gemessenen Werten von P, P_c und P₁ zu verändern. Eine veränderte Stellung ist gestrichelt eingezeichnet.

Der verstellbare Mittelkörper 30 des Lufteinlasses

Gleichgewicht bringt und dadurch den Lufteinlaß in das Triebwerk einstellt.

Die Figuren erläutern die Erfindung. Es stellt dar Fig. 1 ein Schema der Meßstellenanordnung, . . Fig. 2 das erfindungsgemäße Steuersystem für ein

Strahltriebwerk.

einer Stange 9 angelenkt ist. Diese Stange 9 kann im Notfall mittels eines Steuerhebels beim Piloten betätigt werden. Eine Klinke 12 oder ein Drücker oder Schnapper hält die Stange 9 jedoch normalerweise in ihrer Lage fest.

Das System weist eine Vorrichtung 36 zur Messung der Mach-Zahl, eine Meßvorrichtung 37 zur Messung des Druckverhältnisses P_t: P₁. und ein durch eine Membran 24 in zwei Abteile 39, 41 unterteiltes Gehäuse 38 auf, das sowohl durch die Meßvorrichtung 36 als auch durch einen Temperaturfühler 13 beeinflußt ist. Die Kammern 39, 41 des Gehäuses 38 sind durch Leitungen 40 an eine Druckmittelversorgung angeschlossen. Dieses Druckmittel wird der Kammer 41 auf der linken Seite der Membran 24 über eine Drossel 26 zugeführt.

Der Druck in der Kammer 41 hängt von der Stellung einer Nadel 27 ab; die Nadel 27 ist mit einem Servokolben 28 verbunden, dessen Stellung eine Funktion der Mach-Zahl ist. Der Druck in der Kammer 39 auf der rechten Seite der Membran 24 hängt von der Stellung einer Nadel 22 ab, die an ein Bourdon-Rohr 23 gekuppelt ist, welches seinerseits mit dem im Lufteinlaß angeordneten Thermometer 13 verbunden ist. Ferner hängt der Druck auf der rechten Seite der Membran 24 von der Stellung einer Nadel 25 ab, die von einem Servokolben 42 getragen wird.

Aus der Kammer 39 wird an der Nadel 25 vorbei und durch einen Auslaß 21 Luft abgelassen. Der Druck in der Kammer 39 ist eine Funktion der mit Thermometer 13 gemessenen Temperatur T₁ und auch eine Funktion des Druckverhältnisses von P-- P

Die Vorrichtung 36 zur Messung der Mach-Zahl, die im Innern dem statischen Umgebungsdruck P₀ ausgesetzt ist, weist eine evakuierte Druckdose oder einen Balg 7 auf und eine Druckdose oder einen Balg 3, die im Innern einem die Mach-Zahl repräsentierenden Druck P ausgesetzt ist; das Verhältnis P: P₀ ist proportional der Mach-Zahl. Der Druck P kann der Raleigh-Druck sein. Die Druckdose 7 ist mit einem Hebel 6 verbunden, der eine Druckmittelausflußöffnung 8 steuert, und die Druckdose 3 ist mit einem Hebel 2 verbunden, der eine Druckmittelausflußöffnung 1 steuert. Ein verstellbares Hebellager 5, das über einen Lenker 4 mit einem Kolben 28 verbunden ist, liegt zwischen den Hebeln 2 und 6. Die soweit beschriebene Vorrichtung zur Messung der Mach-Zahl ist eine 0-Vorrichtung, d. h., die Meßelemente, nämlich die Druckdosen 3 und 7, bleiben abhängig von der Größe der gemessenen Drücke stets in ihrer O-Stellung, so daß durch die Verformung dieser Meßelemente keine Fehlerquellen entstehen können. Ändert sich die Mach-Zahl, so wird die Einheit 36 verstellt, und es resultiert eine Änderung des Luftflusses durch die Öffnungen 1 und 8, was eine entsprechende Bewegung des Kolbens 28 und der Nadel 27 zur Folge hat.

Die Vorrichtung zur Messung des Druckverhältnisses P,-: P_c ist innen dem Druck P_c ausgesetzt und enthält eine evakuierte Druckdose oder einen Balg 43, der innen dem Druck P,- ausgesetzt ist. Die Druckdose 43 ist mit einem Hebel 45 verbunden, der eine Druckmittelausflußöffnung 16 steuert. Die Druckdose 44 ist mit einem Hebel 46 verbunden, der eine Druckmittelausflußöffnung 19 steuert. Ein verstellbares Hebellager 17 zwischen den Hebeln 45 und 46 ist über einen Lenker 18 mit dem Kolben 42 verbunden. Bei Abweichen des Verhältnisses P₁-: P₁. von dem gewünschten Wert bewirkt der Luftfluß durch die Öffnungen 16 und 19 eine Verschiebung des Servokolbens 14. Der Servokolben 14 trägt eine Nadel 15. Die Membran 24 ist mit einem Steuerventil 20 verbunden.

Ändert sich die Mach-Zahl, so wird die Nadel 27 verschoben und bringt die Drücke, die auf den beiden Seiten der Membran 24 wirken, aus dem Gleichgewicht. Die resultierende Bewegung des Steuerventils 20 bewirkt eine entsprechende Bewegung des Kolbens 42. Dementsprechend wird das Hebellager 17 verschoben und die Nadel 25 derart verstellt, daß die Drücke, die auf die Membran 24 wirken, wieder ins Gleichgewicht gebracht werden. Die Bewegung des Hebellagers 17 ändert den Luftfluß durch die Öffnungen 16 und 19 und bewirkt, daß der Servokolben 14 sich unter Verstellung des Mittelkörpers 30 verschiebt. Die Membranen und Gestänge in der Meßvorrichtung des Verhältnisses P₁-: P_c sind derart ausgelegt, daß bei jedem Wert der Mach-Zahl das Verhältnis P₁-: P_c auf einen der jeweiligen Mach-Zahl angepaßten Wert hergestellt wird.

Verändert sich die Temperatur T₁, so wird die Nadel 22 derart verstellt, daß die Drücke, die auf die Membran 24 wirken, außer Gleichgewicht kommen. Das Steuerventil 20 spricht an und bewirkt eine Verstellung der Stellungen der Nadel 25 und des Mittelkörpers 30.

Die Wirkungsweise des soweit beschriebenen Geräts sei nachfolgend erörtert für den Fall, daß, ausgehend von einem Gleichgewichtszustand, eine Änderung der Mach-Zahl bei gleichbleibenden sonstigen Größen und sodann eine Änderung der Temperatur bei gleichbleibenden sonstigen Größen eingeleitet wird.

Bei einer Erhöhung der Mach-Zahl ändert sich der gemessene Druck P; diese Druckänderung hat zur Folge, daß der Hebel 2 sich im Gegenzeigersinn verdreht. Der Hebel 2 liegt an dem Hebellager 5 an, welches seinerseits an dem Hebel 6 anliegt. Die Verschwenkung des Hebels 6 hat zur Folge, daß ein verstärkter Luftstrom in der Leitung fließt, die von der linken Seite des Kolbens 28 ausgeht. Als weitere Folge stellt sich ein Abfall des Drucks auf der linken Seite des Kolbens ein, und diese Druckminderung wiederum verursacht eine Verschiebung des Kolbens 28 nach links; als Folge dieser Linksverschiebung des Kolbens vermindert sich der Düsenquerschnitt an der Nadel 27, und das Hebellager 5 tritt wieder in seine ursprüngliche Stellung zurück. Die Meßeinrichtung 66 zur Ermittlung der Mach-Zahl befindet sich wieder in der Gleichgewichtsstellung. Der Luftstrom durch die Rohrleitung 40 ist aber vermindert. Die verminderte Luftströmung durch die Rohrleitung 40 hat einen Druckanstieg auf der linken Seite der Membran 24 zur Folge. Die Membran 24 verschiebt sich demzufolge nach rechts, und der Ventilkörper 20 bewegt sich ebenfalls nach rechts. Als Folge der Verschiebung des Ventilkörpers 20 nach rechts tritt eine verstärkte Lufströmung an der linken Seite des Kolbens 42 auf, und der Druck an der linken Seite des Kolbens 42 fällt. Der Kolben 42 verschiebt sich folglich nach links, und die Nadel 25, die mit ihm verbunden ist, verkleinert die von ihr gebildete Düse, so daß die Membran 24 wieder ins Gleichgewicht gelangt. Die Verschiebung des Kolbens 42 bewegt aber

auch das Hebellager 17. Die Bewegung des Hebellagers 17 verändert den Luftstrom durch die Druckmittelausflußdüsen 16 und 29 mit der Folge, daß der Kolben 14 seine Stellung ebenfalls verändert und über das Tandemgerät 31 den Mittelkörper 30 bewegt.

Aus der vorstehenden Funktionsverschiebung ist zu entnehmen, daß die Meßelemente, nämlich die Druckdosen und die Membran, stets auf ihre Gleichgewichtsstellung zurückgeführt werden, so daß keine Fehlerquellen durch Veränderung dieser Meßelemente in Folge geänderter Meßgrößen auftreten können.

Wenn sich die Temperatur T₁ am Ansaugstutzen ändert, so führt das Bourdon-Rohr 23 entweder eine Expansion oder eine Kontraktion aus, und die Nadel 22 wird in ihrer Lage verändert. Als Folge tritt eine Druckänderung auf der rechten Seite der Membran 24 ein, und diese Druckänderung führt zu einer Verschiebung des Ventilkolbens 42. Die Verschiebung des Ventilkolbens 20 leitet genau so wie im Falle einer Änderung der Mach-Zahl eine Stellungsänderung des Kolbens 42 ein.

Aus der französischen Patentschrift 1217 955 ist ein Steuersystem für Strahltriebwerke bekannt, das dem Prinzip nach dem erfindungsgemäßen Steuersystem entspricht; das System nach der französischen Patentschrift beruht nämlich auch auf der Messung der Mach-Zahl, der Messung des Druckverhältnisses P₁ : P_c sowie der Einhaltung einer vorgegebenen Be-Ziehung zwischen dem Druckverhältnis P₁: P_c und der Mach-Zahl durch Steuerung des Lufteinlasses in das Triebwerk in Abhängigkeit von der Mach-Zahl und dem Druckverhältnis P₁ : P_c. Indes sind bei dem Steuersystem nach der französischen Patentschrift Ungenauigkeiten möglich, weil die Meßelemente, nämlich Membranen und Druckdosen, bei sich ändernden Meßgrößen Veränderungen erfahren.

Claims (4)

Patentansprüche: 40

1. Steuersystem für ein Strahltriebwerk, beruhend auf der Messung der Mach-Zahl, der Messung des Druckverhältnisses P₁: P_c, wobei P₁ der Druck unmittelbar hinter der Normalstoßwelle und P_c der Druck unmittelbar hinter der schräg verlaufenden Stoßwelle ist, sowie der Einhaltung einer vorgegebenen Beziehung zwischen dem Druckverhältnis P₁: P_c und der Mach-Zahl durch Steuerung des Lufteinlasses in das Triebwerk in Abhängigkeit von der Mach-Zahl und dem Druckverhältnis P₁ ^--Pc gekennzeichnet durch ein mittels einer Membran (24) in zwei Abteile (39, 41) unterteiltes Gehäuse (38), durch Mittel (27), die das eine Abteil (41) auf der einen Seite der Membran Luft unter einem Druck aussetzen, der durch die Vorrichtung (36) zur Messung der Mach-Zahl bestimmt ist, durch einen Einlaß, der Druckluft in das andere Abteil (39) des Gehäuses auf der anderen Seite der Membran leitet, durch einen Auslaß aus diesem Abteil des Gehäuses, der von einer an einem Servokolben (42) befestigten Nadel (25) gesteuert ist, durch ein Servoventil (20) zur Steuerung der Lage des Servokolbens, das an der Membran angebracht ist und sich bei Nicht-Gleichgewicht der Luftdrücke auf beiden Seiten der Membran bewegt und eine Bewegung des Servokolbens und der Nadel in Richtung der Wiederherstellung des Druckgleichgewichts bewirkt und zugleich die Verstellung des Lufteinlasses hervorruft.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (13, 23) zur Verstellung des Lufteinlasses nach Maßgabe von Änderungen der Lufteinlaßtemperatur.

3. Steuersystem nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Nadel (22) zur Steuerung des Einlasses in das unterteilte Gehäuse und durch eine Vorrichtung (13, 23), die auf die Lufteinlaßtemperatuf anspricht und demgemäß die Nadel einstellt.

4. Steuersystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (37) zur Messung des Druckverhältnisses P_t : P_c einen Servomotor (15, 14) steuert, der den Lufteinlaß (30) in das Triebwerk einstellt, und daß der die Nadel (25) tragende Servokolben (42), wenn er sich bewegt, die Meßvorrichtung (37) aus dem Gleichgewicht bringt und dadurch den Lufteinlaß in das Triebwerk einstellt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1217 955.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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