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Vorrichtung für ein Gasturbinenstrahltriebwerk zur Steuerung der Schubstärke
bei einem Senkrechtstart-Flugzeug mit zu beiden Seiten der Flugzeuglängsachse angeordneten
Strahltriebwerken unter Anwendung der Schubmodulation Bei einem Senkrechtstart-Flugzeug
mit zu beiden Seiten der Flugzeuglängsachse angeordneten Strahltriebwerken ist es
bekannt, die Steuerung durch Schubmodulation vorzunehmen, d. h. die beiden Triebwerke
unterschiedlich mit Brennstoff zu speisen und dadurch unterschiedliche Schubkräfte
zu erzeugen, Bei einer solchen bekannten Ausführungsform greifen die Schubresultierenden
von vier vorgesehenen Strahltriebwerken bei gleicher Leistung am Flugzeugschwerpunkt
an. Mittels Regelung der Einspritzung bzw. des jeweiligen Schwenkwinkels der Strahltriebwerke
ist der Flugzeugführer imstande, jeder Kippbewegung um die Querachse des Flugzeugs
entgegenzuwirken. Die Schubmodulation durch die bloße unterschiedliche Speisung
der Triebwerke geht jedoch nur verhältnismäßig langsam vor sich, da die Änderung
der Temperatur in der Brennkammer nur langsam erfolgt.
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Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, eine schnell eintretende
Schubänderung zu erzielen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß die SChubstärkesteuerung
in zwei Regelkreise aufgeteilt, vor! denen der erste Regelkreis über einen Gashebel
eine bestimmte Schubstärke und eine bestimmte Drehzahl des Triebwerkes einstellt
und von denen der zweite Regelkreis ausschließlich zur Momentensteuerung, d. h.
Steuerung der Winkellage des Flugzeugs, dient, und zwar durch Beeinflussung der
durch den Gashebel eingestellten Brennstoffzuführung. Hierbei sind dem ersten, durch
den Gashebel beherrschten Regelkreis Mittel zur Konstanthaltung der einmal eingestellten
Drehzahl zugeordnet, die in dein Sinne wirken, daß allein die infolge der Temporaturänderung
in der Brennkammer kurzzeitig eintretende Schubstärkeänderung, für die der zweite
Regelkreis verantwortlich ist, zur Momentensteuerung genutzt wird, während eine
verzögert durch Drehzahländerung eintretende Schubstärkeänderung ausgeschaltet wird.
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Vorzugsweise weist die Schubdüse durch den Drehzahlregler verstellbare;
Klappen auf, für welches Merkmal aber kein selbständiger Schutz begehrt wird.
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Zur Konstanthaltung der Drehzahl können auch bei Vorhandensein von
verstellbaren Leitschaufeln im Kompressor des Strahltriebwerkes der Anstellwinkel
dieser Leitschaufeln und/oder bei Vorhandensein von verstellbaren Leitschaufeln
in der Arbeitsturbine der Anstellwinkel auch der letzteren verändert werden. Auch
für diese Merkmale wird Schutz nur in Verbindung mit dem Gegenstand des Hauptanspruches
begehrt. An sieh sind schnell wirkende Steuervorrichtungen zum Momentenausgleich
bei senkrecht startenden Flugzeugen bekannt (französische Patentschrift
1343 331). Jedoch sind dort grundsätzlich andere Mittel zur Erzielung dieser
Wirkung angewendet.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es
zeigt F i g. 1 das Schema einer Steuervorrichtung zur Schubmodulation, F i g. 2
ein Diagramm, in dem die Schubkraft als Abszisse und die Fluggeschwindigkeit und
die Temperatur in der Brennkammer als Ordinaten dargestellt sind, F i g. 3 ein Diagramm,
in dem die Temperatur in der Brennkammer als Ordinate und die Drehzahl als Abszisse
dargestellt sind, F i g. 4. ein Diagramm, das die zeitliche Änderung von Drehzahl
und Temperatur in der Brennkammer darstellt, F i g. S ein Diagramm, das den zeitlichen
Verlauf des Schubes S" durch Erhöhung der Drehzahl und den zeitlichen Verlauf, des
Schubes ST durch Erhöhung der Temperatur in der Brennkammer (bei vorgegebener Drehzahl)
sowie den resultierenden Schub durch Addition dieser Einzelschübe S., SI-zeigt F
i g. 6 schematisch den Aufbau und die Wirkungsweise des Gerätes 7, F i g. 7 einen
Schnitt nach Linie A-B der F i g. G. In F i g. 1 ist mit 1 ein Strahltriebwerk im
ganzen bezeichnet, das einen Kompressor 2, eine Brennkammer
3 und
eine Arbeitsturbine 4 enthält. Am Auslaß des Triebwerkes sind Schubdüsenklappen
5 vorgesehen, die von einem Drehzahlregler 16 verstellt werden und den Auslaß freigeben
oder mehr oder weniger verengen können. Der Drehzahlregler 16 steht über ein Verbindungsgestänge
19 mit einem Gerät 7 in Verbindung, in dem eine Zuordnung der Drehzahl der Arbeitsturbine
zur Brennkammertemperatur erfolgt, und zwar # mittels einer Kurvenscheibe oder durch
Regler. Die Kurvenscheibe stellt einen Zusammenhang zwischen Brennstoffeinspritzung
und Stellung der Schubdüsenklappen 5 her. Dabei bleibt der Einfluß der Fluggeschwindigkeitsänderung
bestehen. Bei der Verwendung von Reglern wird der Einfluß der Fluggeschwindigkeitsänderung
ausgeschlossen. Das Gerät 7 wird durch den Ausschlag eines Gashebels 6 mittels
eines Gestänges 15 beeinflußt, und ein anschließendes Gestänge 12 greift
gelenkig am einen Ende eines doppelarmigen Hebels 8 an. Dessen anderes Ende ist
an ein vom Steuerknüppel 13 ausgehendes Gestänge 14 angeschlossen. Das Gerät 7 besteht,
wie F i g. 6 und 7 zeigen, im wesentlichen aus einem Hebel 20 mit einer Kurvenbahn
und einem Winkelhebel 21, der an seinem einen Ende eine Rolle trägt, die in die
Kurvenbahn des Hebels 20 eingreift. Je nach Form der Kurvenbahn kann jede
gewünschte Zuordnung der Wege von Stange 19 und 12 erreicht werden und damit jede
gewünschte Zuordnung von Brennkammertemperatur und Drehzahl.
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Vom doppelarmigen Hebel 8 (F i g. 1) führt ein Gestänge 9 über einen
Temperaturregler 11 zu einer Regelvorrichtung der die Brennkammer 3 speisenden Einspritzpumpe
10.
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Der Temperaturregler 11 regelt durch Änderung der eingespritzten
Kraftstoffmenge die Temperatur vor der ersten Turbinenstufe entsprechend der Summe
der beiden Kommandos von 12 und 14. Kommando durch Gestänge 12 gibt die Temperaturforderung
für den mittleren Schub, entsprechend der Zuordnung von Temperatur T in der Brennkammer
und Drehzahl n nach der Kurve 22 in F i g. 3. Kommando durch Gestänge
14 verursacht eine Temperaturänderung bei konstanter Drehzahl zur augenblicklichen
kurzzeitigen Momentensteuerung im Sinne einer Verschiebung der Arbeitspunkte 23
in F i g. 3. Die Regelung erfolgt konstant unabhängig von den durch den Drehzahlregler
16 beeinflußten Schubdüsenklappen 5 und unabhängig von der Fluggeschwindigkeit.
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Die Verstellung des Gashebels 6 verändert das Schubkraftniveau durch
Änderung der Brennstoffmenge und durch Eingriff in den Drehzahlregler 16. Der Eingriff
in den Drehzahlregler 16 hat nur eine verhältnismäßig langsam eintretende Wirkung
in Bezug auf das Schubniveau. Dagegen wird durch den Eingriff in die Brennstoffpumpenregelung
eine schnellere Wirkung in Bezug auf das Schubniveau erzielt. Im Diagramm F i g.
3 zeigt die voll ausgezogene Kurve 22 die Änderung der Temperatur T in der
Brennkammer durch die alleinige Verstellung des Gashebels 6. Diese Änderung vollzieht
sich nur langsam, und entsprechend ändert sich das Schubniveau nur langsam. Um eine
schnell eintretende Schubänderung zu erzielen, ist der Steuerknüppel 13 durch das
Gestänge 14 an den doppelarmigen Hebel 8 angeschlossen. Eine- Verstellung des Steuerknüppels
beeinflußt ausschließlich die Temperatur T in der» Brennkammer. Eine Änderung der
Turbinendrehzahl erfolgt dabei nicht, da diese vom Drehzahlregler 16
konstant
gehalten wird. In F i g. 3 zeigen die beiden gestrichelten Kurven, daß die Änderung
der Temperatur durch die Verstellung des Steuerknüppels oberhalb bzw. unterhalb
der Kurve liegt, die sich aus der Gashebelverstellung ergibt. Durch die Beeinflussung
der durch den Gashebel 6 eingestellten Brennstoffzuführung wird kurzzeitig eine
Schubänderung erzielt, die zur Momentensteuerung, also zur Steuerung der Winkellage
des Flugzeugs genutzt wird. Da der jeweiligen Stellung des Gashebels ein bestimmtes
Schubniveau und eine bestimmte Drehzahl des Triebwerkes entspricht, ist es notwendig,
daß beim Eingriff des Steuerknüppels zur kurzzeitigen Änderung der Temperaur die
verzögert eintretende Schubänderung aus einer Drehzahländerung ausgeschaltet wird.
Dies wird dadurch erreicht, daß dem vom Gashebel beherrschten Regelkreis Mittel
zur Konstanthaltung der einmal eingestellten Drehzahl zugeordnet sind. In der schematischen
Darstellung der F i g. 1 ist als ein solches Mittel die Verbindung des Drehzahlreglers
mit verstellbaren Schubdüsenklappen gezeigt. Bei einer Verstellung der Schubdüsenklappen
im Schließsinne durch den Drehzahlregler fällt die Triebwerksdrehzahl, da der Gegendruck
hinter der Arbeitsturbine steigt. Durch entsprechende Einstellung der Düsenklappen
kann also eine Konstanthaltung der vom Gashebel eingestellten Drehzahl trotz der
kurzzeitigen Änderung der Brennkammertemperatur bei der Verstellung des Steuerknüppels
erzielt werden. Zur Konstanthaltung der Drehzahl können auch Leitschaufeln im Kompressor
des Strahltriebwerkes oder der Arbeitsturbine in ihrer Winkellage verändert werden.
Unter Umständen können auch beide Maßnahmen gleichzeitig angewendet werden.
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Aus dem Diagramm der F i g. 4 ist zu erkennen, daß bei der Verstellung
des Steuerknüppels die zeitliche Änderung der Temperatur schnell und die zeitliche
Änderung der Drehzahl schleppend erfolgt.
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Im Diagramm F i g. 5 sind die Schubänderungen in Abhängigkeit von
der Zeit dargestellt.
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Die gestrichelte Kurve zeigt die Schubänderung durch Addition der
Einzelschübe (Schub ST aus der Temperatur - ausgezogene Kurve - und Schub
S" aus der Drehzahl - gestrichelte Kurve. Diese Schubänderung verläuft infolge des
Einflusses der S"-Komponente zeitlich träge, weshalb zur Momentensteuerung nur die
ST-Komponente benutzt wird, da diese sehr schnell anspricht und abklingt und damit
eine schnelle Änderung der Schubstärke ermöglicht wird.