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Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für die von einem Leistungshebel
vorzuwählende Brennstoffzumessung in die Brennkammer und in den Nachbrenner eines
Flugzeug-Gastarbinenstrahltriebwerkes mit einer oder mehreren zwischen der Stellung
senkrecht nach unten bei Vertikalschubbetrieb und der Geradeausstellung bei Horizontalschubbetrieb
schwenkbaren Schubdüse(n) mit regelbarem Endquerschnitt, wobei die Brennstoffzufuhr
zum Nachbrenner durch eine Zentrifugalpumpe erfolgt, die ein durch eine Servoeinrichtung
steuerbares Einlaßventil aufweist, und wobei zwischen dem Pumpenauslaß und den im
Nachbrenner angeordneten Einspritzdüsen eine Ventilanordnung vorgesehen ist.
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Es ist eine Regeleinrichtung bekannt, bei weicher die Brennstoffzufuhr
zum Nachbrenner durch eine Zentrifugalpumpe erfolgt, die ein durch eine Servoeinrichtung
steuerbares Einlaßventil und eine zwischen dem Pumpenauslaß und den Nachbrenner-Einspritzdüsen
angeordnete Ventilanordnung aufweist. Diese bekannte Regeleinrichtung ist jedoch
für ein Triebwerk bestimmt, das mit keinen schwenkbaren Schubdüsen versehen und
deshalb nur für Horizontalschubbetrieb eingerichtet ist. Außerdem ist bei dieser
bekannten Regeleinrichtung das Einlaßventil der Zentrifugalpumpe als Absperrventil
ausgebildet, indem die ständig angetriebene Zentrifugalpumpe beim Betrieb ohne Nachverbrennung
durch Unterbindung des Brennstoff-Zustroms zu den Nachbrennem unwirksam ist.
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Zum Zeitpunkt der Anmeldung waren auch schon Gasturbinenstrahltriebwerke
mit schwenkbaren Schubdüsen mit stromauf vor diesen angeordneten Nachbrennem bekannt,
und ferner war es bekannt, zur Regelung der Brennstoffzufuhr eine Zentrifugalpumpe
mit kontinuierlich steuerbarein Einlaßventil zu verwenden, was den Vorteil bietet,
daß die Pumpe als Dampfkempumpe arbeiten kann, in deren Zentrum im Förderstrom nicht
Flüssigkeitsdruck, sondem der Dampfdruck des Brennstoffs herrscht.
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Diese Dampfkempumpe mit kontinuierlich steuerbarem Einlaßventil ist
für den Betrieb mit horizontal gerichteten Schubdüsen vorteilhaft; es hat sich jedoch
gezeigt, daß mit einer nach diesem Prinzip arbeitenden Pumpe bei Triebwerken mit
schwenkbaren Schubdüsen die Ansprechgeschwindigkeit des Brennstoffsystems bei Vertikalschubbetrieb
auf Veränderungen des Schub-Sollwertes zu gering ist. Außerdem sind bei Vertikalschubbetrieb
und bei Horizontalschubbetrieb normalerweise auch verschiedene Beziehungen zwischen
den Brennstoffzufuhren zur Hauptbrennkarnrner und zum Nachbrenner erwünscht und
erforderlich, welche Erfordernisse die einlaßgesteuerte Dampfkempumpe allein nicht
zu erfüllen vermag.
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Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine einfache
Regeleinrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, den verschiedenen Anforderungen
bezüglich der Brennstoffzumessung bei Horizontalschubbetrieb und bei Vertikalschubbetrieb
sowie beim übergang vom schubstrahlgetragenen Vertikalflug zum aerodynamischen Flug
zu genügen.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Regeleinrichtung der
eingangs angegebenen Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Einlaßventil
der Pumpe und die zwischen Pumpenauslaß und Nachbrenner-Einspritzdüsen vorhandene
Ventilanordnung in Abhängigkeit von der Stellung der Schubdüse(n) durch eine Umschaltsteuervorrichtung
derart betätigt werden, daß bei Vertikalschubbetrieb die Servoeinrichtung das Einlaßventil
vollständig öff-
net und ein in der Ventilanordnung vorgesehenes Drosselventil
über eine Hebelverbindung von der Brennstoffzumessung in die Hauptbrennkammer gesteuert
wird und daß bei Horizontalschubbetrieb die Unischaltvorrichtung das Drosselventü
vollständig öffnet und ermöglicht, daß die das Einlaßventü steuernde Servoeinrichtung
von dem Leistungshebel betätigbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung bleiben somit die beschriebenen
Vorteile einer im Einlaß geregelten Zentritugalpumpe bei Horizontalschubbetrieb
voll erhalten, es wird jedoch bei Vertikalschubbetrieb automatisch auf eine stromab
vom Pumpenauslaß wirkende Regeleinrichtung umgeschaltet, die mit der Brennstoffzumessung
zur Hauptbrennkamrner gekoppelt ist, so daß sich das in diesem Betriebszustand erw-ünschte
raschere und exaktere Schubansprechverhalten des Triebwerks ergibt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung,
bei der die Brennstoffzafuhr zum Nachbrenner bei einer bestimmten Triebwerksdrehzahl
einsetzt, ist dadurch gekennzeichnet, daß diese Drehzahl bei Vertikalschubbetrieb
-einen ersten, niedrigen Wert und bei Horizontalschubbetrieb einen zweiten,
höheren Wert hat. Dadurch kann erreicht werden, daß beim senkrechten Starten die
Nachverbrennung bereits bei einer Triebwerksdrehzahl einsetzt, bei der das Flugzeug
noch nicht abgehoben hat, so daß nach dem Abheben keine ruckartige Schubsteigerung
durch Einsetzen der Nachverbrennung erfolgen kann; bei Horizontalschubb
. etrieb wird dagegen die Nachverbrennung in der üblichen Weise erst bei
einer höheren Triebwerksdrehzahl zugeschaltet. Die Regeleinrichtung enthält dabei
vorzugsweise eine von der Triebwerksdrehzahl abhängige Absperreinrichtung, die bei
Vertikal- bzw. HorizontaIschubbetrieb beim überschreiten der ersten bzw. zweiten
Triebwerksdrehzahl geöffnet wird und dabei einen Brennstoffdurchfluß durch die Zentrifugalpumpe
ermöglicht. Bei Horizontalschubbetrieb ist vorzugsweise die Nachbrenner-Brennstoffzumessung
von einem in der Ventilanordnung vorgesehenen zweiten Drosselventil steuerbar, und
zur Steuerung der Absperreinrichtung kann vorteilhaft ein von zwei in Reihe liegenden
Schaltern gesteuertes Solenoid vorgesehen sein, wobei der erste Schalter sowohl
beim Einschalten des Vertikalschubbetriebes als auch beim überschreiten der zweiten,
höheren vorbestimmten Triebwerksdrehzahl und der zweite Schalter beim überschreiten
der ersten, niedrigeren vorbestimmten Triebwerksdrehzahl geschlossen werden.
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Die erfmdungsgemäße Regeleinrichtung kann weiter in vorteilhafter
Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet sein, daß sie eine Vorrichtung zur Veränderung
des wirksamen Austrittsquerschnitts der Schubdüse aufweist die bei Horizontalschubbetrieb.
gemeinsam mit der Servoeinrichtung durch ein Verteilerventil steuerbar ist, das
auf den Leistungshebel und die Ablenkstellung der Schubdüse anspricht.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.
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F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße
Regeleinrichtung
bei Vertikalschubbetrieb; F i g. 2 zeigt die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung
bei Horizontalschubbetrieb ohne Nachverbrennung; F i g. 3 zeigt die in den
F i g. 1 und 2 dargestellte Anlage bei Horizontalschubbetrieb mit Nachverbrennung;
F i g. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Regeleinrichtung bei Horizontalschubbetrieb mit Nachverbrennung.
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Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Regeleinrichtung
für die Brennstoffzumessung zum Nachbrenner eines Flugzeug-Gasturbinenstrahltriebwerkes
enthält eine als Dampfkernpumpe betreibbare Zentrifugalpumpe 11 nach dem
britischen Patent 842 354. Der Rotor der Pumpe 11 ist auf einer vom Triebwerk
angetriebenen Welle 13 angeordnet. Der Brennstoff wird aus einer Leitung
14 über ein Absperrventil 15
und eine Einlaßöffnung 16 in die Kammer
17 geleitet, in der der Rotor 12 angeordnet ist. Die Größe der öffnung
16 wird durch ein Einlaßventil 18 gesteuert.
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Vom Pumpenauslaß 19 aus strömt der Brennstoff durch ein Rückschlagventil
21 und eine Leitung 22 zu einer Ventilanordnung 23, die in einem Gehäuse
24 zwei Drosselventile 25, 27 und 26, 28 aufnimmt. Es ist jeweils
nur eines dieser Drosselventile bei der Brennstoffzumessung zum Nachbrenner wirksam,
und zwar ist das aus dem Ventilkörper 25 und der Hülse 27 bestehende
erste Drosselventil nur beim Vertikalschubbetrieb, also beim Starten oder Landen,
wirksam, während das aus dem Ventilkörper 26
und der Hülse 28 bestehende
zweite Drosselventil nur beim Horizontalschubbetrieb, also beim normalen Vorwärtsflug,
wirksam ist.
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Die Hülsen 27 und 28 sind gleitend im Gehäuse 24 gelagert
und mit den entgegengesetzten Enden eines Hebels 29 gelenkig verbunden, der
etwa in der Mitte seiner Längserstreckung an einem Ansatz 31 des Gehäuses
24 angelenkt ist. Ein mit dem Hebel 29 gelenkig verbundener Hebel
32 wird durch eine Vorrichtung zum Schwenken der Schubdüse derart gesteuert,
daß bei Vertikalschubbetrieb des Flugzeuges die Hülse 28 von ihrem Ventilkörper
26 wegbewegt ist, so daß das zweite Drosselventil 26, 28 unwirksam
ist, während die Hülse 27 des ersten Drosselventils 25, 27 in Richtung
auf ihren Ventilkörper 25
zur Bildung des jeweiligen Drosselquerschnitts vorgeschoben
ist, so daß das erste Drosselventil 25, 27
die Brennstoffzumessung bestimmt.
Dieser Betriebszustand ist in F i g. 1 dargestellt. Bei Umschaltung der Schubdüse
auf Horizontalschubbetrieb wird der Hebel 32 so betätigt, daß die Hülse
27 von ihrem Ventilkörper 25 entfernt und die Hülse 28 an ihren
Ventilkörper 26 angenähert wird, so daß das erste Drosselventil
25, 27 unwirksam und das zweite Drosselventil 26, 28 wirksam wird.
Dieser Betriebszustand ist in F i g. 3 dargestellt. Die Hebel 29 und
32
bilden somit Teile einer Umschaltsteuervorrichtung von Vertikal- auf Horizontalschubbetrieb.
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Der Ventilkörper 25 ist gleitend im Gehäuse 24 angeordnet und wird
über eine Hebelverbindung 34 von einem überströmventil 33 gesteuert, das
die Brennstoffzumessung in die Hauptbrennkammer des Triebwerks in der im britischen
Patent 649 970 beschriebenen Weise in Abhängigkeit von der Drehzahl regelt.
Anstatt durch das überströmventil 33
kann die Verbindung zum Brennstoffsystem
der Hauptbrennkammer beispielsweise durch die Taumelscheibenvorrichtung einer mit
veränderlichem Hub arbeitenden Hauptbrennstoffpumpe erzielt werden.
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Der Ventilkörper 26 ist ebenfalls gleitend im Gehäuse 24 angeordnet
und wird über die Hebel 36 und 37 durch Bewegen des Leistungshebels
35 gesteuert. Der Hebel 37 trägt einen Nocken 38, gegen den
der Ventilkörper 26 durch eine Schraubenfeder 39
elastisch abgestützt
wird.
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Der Brennstoff strömt vom Auslaß 41 der Ventilanordnung
23 zu den Nachbrenner-Einspritzdüsen 42. Diese sind nach dem britischen Patent
845 549 so ausgebildet, daß zwischen dem Brennstoffdruck und dem Brennstoffdurchfluß
eine lineare Beziehung besteht.
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Die Regeleinrichtung enthält ferner ein Solenoid 43, das über eine
Servovorrichtung das Absperrventil 15 steuert. Die Servovorrichtung umfaßt
einen direkt mit dem Absperrventil 15 verbundenen Kolben 44, der in einem
Zylinder 45 gleitet. Ein Servoströmungsmittel in Form eines von der (nicht dargestellten)
Hauptbrennstoffpumpe des Triebwerks kommenden, unter hohem Druck stehenden Brennstoffstromes
- im folgenden Servo-Brennstoff genannt - wird durch eine Leitung
46 zu der einen Seite des Kolbens 44 geleitet. Von dort strömt der Servo-Brennstoff
durch eine Einschnürung 47 zur anderen Seite des Kolbens 44, die über eine Leitung
48 und ein von dem Solenoid 43 gesteuertes Ventil 49 mit einem Abfluß
51 in Verbindung steht. Das Ventil 49 schließt die Leitung 48, wenn das Solenoid
43 entregt ist.
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Wenn das Solenoid 43 dagegen erregt wird, öffnet es das Ventil 49,
so daß der Brennstoffdruck stromabwärts der Einschnürung 47 abfällt und das
Ab-
sperrventil 15 sich öffnet.
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Der Förderdruck der Zentrifugalpumpe 11 wird durch eine Förderdruckregeleinrichtung
52 bestimmt welche bei Horizontalschubbetrieb über ein Verteilerventil
53 wirksam ist, um die Servoeinrichtung 54 zu steuern, die das Einlaßventil
18 der Zentrifugalpumpe 11 betätigt.
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Die Förderdruckregeleinrichtung 52 umfaßt ein Gehäuse
55, das durch eine Dichtung 58 in zwei Kammern 56, 57 unterteilt
ist. Ein Hebel 59 erstreckt sich von der Kammer 56 durch die Dichtung
58 in die Kammer 57 hinein, in der er um einen Drehpunkt
61 schwenkbar gelagert ist. Eine zwischen dem Gehäuse 55 und dem Ende
63 des Hebels 59 angeordnete Feder 62 dient dazu, das am Ende
63 des Hebels 59 angeordnete Abflußventil 65, 66 in Schließrichtung
zu bewegen. Der Feder 62 wirkt der über eine Leitung 67 herangeführte
Förderdruck der Pumpe 11
entgegen. Die Leitung 67 erstreckt sich von
der Ven.-tilanordnung 23 zu einer Seite einer Membran 68,
deren andere
Seite mit einem auf dem Hebel 59 angeordneten Stift 69 zusammenwirkt.
Der Stift 69 ist zwischen dem Drehpunkt 61 und dem Ende
63 des Hebels 59 an diesem in der Kammer 57 befestigt.
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In der Kammer 56 der Förderdruckregeleinrichtung
52 ist zwischen dem Gehäuse 55 und dem anderen Ende 72 des
Hebels 59 ein luftleerer Federbalg 71 wirksam. Die Kammer
56 wird über eine Leitung 73 mit Verdichterauslaßdruck beaufschlagt.
Die von dem Balg 71 auf das Hebelende in der Kammer 56
übertragene
Kraft kann durch eine Einstellschraube 74 eingestellt werden, und die von der Feder
62 auf das Ende 63 des Hebels 59 übertragene Kraft kann durch
eine Einstellschraube 70 eingestellt werden.
Die Förderdruckregeleinrichtung
52 beeinflußt die Servoeinrichtung 54 über eine Leitung 75, die von
der öffnung 66 des Abflußventils 65, 66 zum Verteilerventil
53 führt. Wenn bei Horizontalschubbetrieb der Nachbrenner eingeschaltet wird,
bringt das Verteilerventil 53 die Leitung 75 mit einer Leitung
76
in Verbindung, die zu der einen Seite eines mit dem Einlaßventil
18 verbundenen Kolbens 77 führt. Der Kolben 77 bildet einen
Teil der Servoeinrichtung 54 und ist gleitend in einem Zylinder 78 angeordnet.
Der aus der Leitung 46 kommende, unter hohem Druck stehende Servo-Brennstoff
strömt durch eine Leitung 79 zur anderen Seite des Kolbens 77 und
durch eine Einschnürang 81 zur Leitung 76. Eine Schraubenfeder
82 wirkt auf den Kolben 77 im Sinne einer öffnung des Einlaßventils
18 ein.
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In der Förderdruckregeleinrichtung 52 wirkt der in der Kammer
56 herrschende Verdichterausgangsdruck (oder ein anderer Triebwerksdruck,
dessen Wahl von der jeweiligen Triebwerksauslegung abhängig ist) dem auf die Membran
68 einwirkenden Pumpenförderdruck entgegen. Die Stellung des Kolbens
77 wird durch den Durchfluß an Servo-Brennstoff durch die Einschnürung
81 bestimmt, welcher Durchfluß wiederum durch die Menge des durch die Öffnung
66 strömenden Servo-Brennstoffs und damit durch die Stellung des Abffußventils
65, 66 und des Hebels 59 bestimmt wird, da der Hebel
59 das Abflußventil betätigt. Die Förderdruckregeleinrichtung 52 ist
so ausgelegt, daß bei dem durch die öffnung 16
zur Pumpe 11 gelangenden
Brennstoff der durch die Pumpe 11 erzielte Förderdruck eine im wesentlichen
lineare Funktion des Verdichterausgangsdruckes ist. Eine Veränderung der Einlaßöffnung
16 verändert die radiale Tiefe des Brennstoffringes in der Zentrifugalpumpe
und dadurch auch den Förderdruck der Pumpe.
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Das Verteilerventil 53 umfaßt ein Gehäuse 83, in welchem
eine drehbare Hülse 84 angeordnet ist. Diese Hülse 84 besitzt auf ihrem Mantel mehrere
Öffnungen, die sich beim Drehen der Hülse auf in dem mit entsprechenden im Gehäuse
83 vorgesehenen Öffnungen überdecken. Die Hülse 84 wird zusammen mit den
Schubdüsen des Triebwerks gedreht. Diese Schubdüsen können von einer Stellung senkrecht
nach unten bei Vertikalschubbetrieb bis in eine Geradeausstellung bei Horizontalschubbetrieb
gedreht werden. Je nach der Schwenkstellung dei Schubdüse nimmt die Hülse 84 die
eine oder die andere von zwei möglichen Einstellungen ein. Das Verteilerventil
53 hat ferner einen Ventilschieber 85,
der gleitend in der Hülse 84
angeordnet ist und vom Leistungshebel 35 aus über den Hebel 86, den
mit einem Nocken 88 versehenen Hebel 87, die am Hebel 91 angebrachte
Nockenwelle 89 und die Stange 92
gesteuert wird. Eine Feder
93 hält den Schieber 85 in vorgespannter Stellung. Die Funktion des
Verteilerventils 53 geht aus der weiter unten folgenden Beschreibung der
Arbeitsweise der Regeleinrichtung hervor. Einige der öffnungen in dem Gehäuse
83
stehen mit einer Rückleitung 90 in Verbindung. Die Schubdüse 94
ist schematisch dargestellt; bei Horizontalschubbetrieb (F i g. 2 und
3) wird der Austrittsquerschnitt der Schubdüse durch Klappen 95 verändert.
Die Klappen 95 sind mit einem Kolben 96
verbunden, der gleitend in
einem. Zylinder 97 angeordnet ist. Die Leitungen 98, 99 führen vom
Verteilerventil 53 zu entgegengesetzten Seiten des Kolbens 96.
Zwischen
dem Auslaß 19 der Zentrifugalpumpe 11
und dem Rückschlagventil 21 führt
aus dem Förderkanal eine Leitung 101 zu einer Leitung 102, die mit der Atmosphäre
in Verbindung steht. Die Leitung 101
wird durch ein Ventil 103 geschlossen,
wenn der Nachbrenner in Tätigkeit gesetzt wird, und zwar geschieht dieses Verschließen
durch den unter hohem Druck stehenden Servo-Brennstoff, welcher von der Leitung
76 durch eine Leitung 104 strömt und auf das Ventil 103 einwirkt.
Wenn der Druck in der Leituno, 76 und daher in der Leitung 104 fällt, drückt
eine, Feder 105 das Ventil 103 in die geöffnete Stellung.
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Die Betriebsweise der RegeIeinrichtung ist bei Vertikalschubbetrieb
folgende (F i g. 1):
Wenn sich die Schubdüsen in abgelenkter Stellung befinden,
so daß der Vertikalschub des Triebwerks das Gewicht des Flugzeuges trägt, dieser
Fall ist gegeben, wenn die Schubdüsen zum Starten oder Landen senkrecht nach unten
gerichtet sind, nehmen die Teile der Regeleinrichtung die in F i g. 1 dargestellte
Lage ein. Dabei soll die Brennstoffzufahr zum Nachbrenner der Brennstoffzufuhr zur
Haupt-. brennkammer proportional sein. Das Solenoid 43 wird durch zwei Schalter
106, 107 gesteuert. Der Schalter 106 ist geschlossen, da die Schubdüsen
auf Vertikalschubbetrieb eingestellt sind, und der Schalter 107 wird beim
Erreichen einer bestimmten TriebwerksdrehzahI, der sogenannten ersten Drehzahl,
die etwas oberhalb der Leerlaufdrehzahl liegt, durch den Leistungshebel
35 geschlossen. Der Bereich der Nachverbrennung erstreckt sich bei Vertikalschubbetrieb
von dieser Drehzahl bis zur Höchstdrehzahl des Triebwerks. Der Schalter
106 ist bei Vertikalschubbetrieb immer geschlossen.
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Bei allen Stellungen des Leistungshebels 35 bis zur Höchstdrehzahl
des Triebwerks befindet sich der Schieber 85 des Verteilerventils
53 in der in F i g. 1
(und auch F i g. 2) gezeigten Stellung,
und die Hülse 84 des Verteilerventils 53 befindet sich bei vertikaler Ablenkstellung
der Schubdüse nach unten ebenfalls in der in F i g. 1 gezeigten Stellung.
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Das Einlaßventil 18 der Zentrifugalpumpe 11 ist voll
geöffnet, da kein Servobrennstoff durch die Leitung 76 in das Verteilerventil
53 zurückfließen kann, so daß der Kolben 77 der Servoeinrichtung 54
ganz nach links gedrückt ist. Der Druck des Servo-Brennstoffs in der Leitung 104
hält auch das Ventil 103 in der geschlossenen Stellung.
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Der Schieber 85 des Verteilerventils 53 sperrt den Durchfluß
von Servo-Brennstoff durch die Leitung 75,
und daher bleibt in diesem Fall
die Förderdruckregeleinrichtung 52 wirkungslos.
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Ferner ist in diesem Betriebszustand die Ventilanordnung
23 vom Hebel 32 der Umschaltsteuereinrichtung so eingestellt, daß
das Drosselventil 25, 27 die Brennstoffzumessung zum Nachbrenner übernimmt
und das Drosselventil 26, 28 unwirksam ist. Beim Erreichen der sogenannten
ersten Drehzahl, bei welcher der Schalter 107 durch den Leistungshebel
35 geschlossen wird, wird gleichzeitig das Solenoid 43 erregt, da der Schalter
106 bereits geschlossen ist. Die Erregung des Solenoids 43 öffnet das Ventil
49, so daß Servo-Brennstoff aus der Leitung 48 in die Leitung 51 strömt und
der Druck auf der der Leitung 48 benachbarten Seite des Kolbens 44 absinkt. Dadurch
bewegt sich der Kolben 44 nach unten, so daß das Absperrventil 15 öffnet.
Durch
die Einlaßöffnung 16 strömt dann Brennstoff, durch die Leitung 14 kommend,
in die Pumpe 11 ein, die dann als normale Zentrifugalpumpe wirkt. Der Brennstoff
verläßt die Pumpe 11 durch den Auslaß 19 und strömt durch das Rückschlagventil
21 und dann durch die Leitung 22 zur Ventilanordnung 23.
Nur das Drosselventil
25, 27 ist, wie gesagt, in diesem Falle wirksam, und die Stellung des Ventilkörpers
25
wird durch das überströmventil 33 entsprechend der Brennstoffzumessung
in die Hauptbrennkammer eingestellt. Durch diese Vorrichtung wird indirekt eine
Anpassung der Nachbrennstoffzufuhr an die Umgebungsbedingungen dadurch erzielt,
daß diese Bedingungen bereits die Hauptbrennstoffregelanlage beeinflussen. Der Nachbrennstoff
strömt vom Auslaß 41 der Ventilanordnung 23 zu den Nachbrenner-Einspritzdüsen
42.
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Bei vertikaler Ablenkstellung der Schubdüse sind die Klappen
95 dann durch Wirksamwerden von Servo-Kraftstoff aus der Leitung
80 auf minimalen Austrittsquerschnitt der Schubdüse eingestellt (und befinden
sich somit bereits in der für den anschließenden Horizontalschubbetrieb erforderlichen
Ausgangsstellung). Unter hohem Druck stehender Servo-Brennstoff aus der Leitung
46 strömt durch die Leitung 80, durch das Verteilerventil 53 und durch
die Leitung 99 zu einer Seite des Kolbens 96 der Schubdüsenstelleinrichtung.
Der auf der anderen Seite des Kolbens 96 liegende Teil des Zylinders
97 ist über die Leitung 98 und das Verteilerventil 53 an die
Rückleitung 90 angeschlossen.
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Die Betriebsweise der Regeleinrichtung ist bei Horizontalschubbetrieb
ohne Nachbrenner folgende (F i g. 2): Zum Horizontalschubbetrieb werden die
Schubdüsen 94 in Geradeausstellung gebracht; dadurch wird die Hülse 84 des Verteilerventils
53 in die in F i g. 2 dargestellte Position eingestellt. Durch das
Schwenken der Schubdüsen 94 in die Geradeausstellung wird auch die Ventilanordnung
23 mit Hilfe des Hebels 32 der Umschaltsteuervorrichtung so eingestellt,
daß die Hülse 27 von ihrem Ventilkörper 25
entfernt wird, so daß das
Drosselventil 25, 27 unwirksam bleibt, während die Hülse 28 des zweiten
Drosselventils an ihren Ventilkörper 26 angenähert wird, so daß das zweite
Drosselventil 26, 28 wirksam gemacht wird.
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Da die Schubdüse in Geradeausstellung steht, ist der Schalter
106 offen, so daß das Solenoid 43 entregt ist und das Absperrventil
15 deshalb geschlossen bleibt.
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Das Verteilerventil 53 stellt eine Verbindung zwischen den
Leitungen 76 und 90 her. Der sich dadurch ergebende Druckabfall an
der Einschnürung 81 veranlaßt den Kolben 77, sich ganz nach rechts
zu bewegen, so daß das Einlaßventil 18 die Einlaßöffnung 16 der Zentrifugalpumpe
11 völlig verschließt. Der Druckverlust in der Leitung 76 verursacht
ferner einen Druckabfall in der Leitung 104, so daß die in der Pumpe 11 verbliebenen
Brennstoffreste das Ventil 103 öffnen und zur Atmosphäre entweichen können.
Ferner schließt sich das Rückschlagventil 21.
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Die Förderdruckregeleinrichtung 52 bleibt unwirksam, da die
Leitung 75 durch den Schieber 85 verschlossen ist. Da das Einlaßventil
18 der Zentrifugalpumpe 11 geschlossen ist, strömt kein Brennstoff
zum Nachbrenner.
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Das Verteilerventil 53 hält jedoch einen Durchfluß von unter
Druck stehendem Servo-Brennstoff aus der Leitung 80 zum Zylinder
97 aufrecht, um die Klappen 95 in der Stellung mit minimalem Schubdüsen-Austrittsquerschnitt
zu halten.
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Die Betriebsweise der Regeleinrichtung ist bei Horizontalschubbetrieb
mit Nachverbrennung folgende (F i g. 3):
Um bei Horizontalschubbetrieb den
Nachbrenner in Tätigkeit zu setzen, muß das Triebwerk zunächst bis auf eine vorbestimmte
Triebwerksdrehzahl beschleunigt werden, die etwa 95% der für Vertikalschubbetrieb
zugelassenen Maximaldrehzahl beträgt. Beim Erreichen dieser vorgegebenen, sogenannten
zweiten Drehzahl wird der Schalter 106 des Solenoids 43 geschlossen sowie
der Schieber 85 des Verteilerventils 53 in die in F i g. 3
dargestellte Position bewegt, und der Nocken 38 verstellt den Ventilkörper
26 des zweiten Drosselventils 26, 28 in Abhängigkeit von der Einstellung
des Leistungshebels 35.
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Durch das Schließen des Schalters 106 - Schalter
107 ist bereits beim überschreiten der sogenannten ersten Drehzahl geschlossen
worden - wird das Solenoid 43 erregt, und das Absperrventil 15 wird
geöffnet. In der neuen Einstellung des Schiebers 85
des Verteilerventils
53 ist die Leitung 76 mit der Leitung 75 verbunden, so daß
die Förderdruckregeleinrichtung 52 wirksam wird, und ferner ist die Leitung
80 mit der Leitung 98 verbunden, so daß die Klappen 95 in die
Stellung maximalen Düsenaustrittsquerschnitts bewegt werden. In der Leitung 104
baut sich wieder Druck auf, und das Ventil 103 wird geschlossen.
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Wie weiter vorn erklärt wurde, bestimmt bei Horizontalschubbetrieb
mit Nachverbrennung die Förderdruckregeleinrichtung 52 den Förderdruck der
Pumpe 11 durch Verstellen des Einlaßventils 18, d. h. durch Regelung
der in die Pumpe 11 eintretenden Brennstoffmenge. Bei dieser Regelungsart
arbeitet die Zentrifugalpumpe 11 als Dampfkernpumpe.
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Die tatsächliche Nachbrennstoffmenge wird durch die Stellung des Leistungshebels
35 und damit des Ventilkörpers 26 des zweiten Drosselventils
26, 28
bestimmt. Der aus dem zweiten Drosselventil 26, 28
austretende
Brennstoff strömt durch den Auslaß 41 der Ventilanordnung 23 zu den Nachbrenner-Einspritzdüsen
42. Bei maximaler Nachverbrennung ist der Ventilkörper 26 soweit wie möglich
von seiner Hülse 28 entfernt, und da der Brennstoffdruck stromaufwärts des
zweiten.Drosselventils 26, 28 eine im wesentlichen lineare Funktion des Verdichterausgangsdrucks
ist und die Einspritzdüsen 42 eine lineare Beziehung zwischen Brennstoffdurchfluß
und Brennstoffdruck aufweisen, ist die Nachbrennstoffzufuhr eine im wesentlichen
lineare Funktion des Verdichterausgangsdrucks.
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Statt der Einspritzdüsen 42 können auch andere geeignete Düsen mit
einer den Brennstoffdurchfluß und den Brennstoffdruck weitgehend linearisierenden
Ventilwirkung verwendet werden. Aus Gründen der Einfachheit ist die Einrichtung
für Zweistellungsbetrieb dargestellt; man erkennt jedoch, daß auch eine kontinuierliche
Regelung möglich ist.
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In F i g. 4 sind für die Teile, die gleichartigen Teilen in
den F i g. 1 bis 3 entsprechen, die gleichen Bezugszeichen wie dort
verwendet. Die Anordnung dieser Teile ist jedoch teilweise verschieden von der in
den F i g. 1 bis 3 gezeigten Anordnung.
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Falls die Einspritzdüsen 42 oder entsprechende
andere
#iit linearisierender Ventilwirkung nicht benotigt * erdei4, zeigt F i
g. 4 die Ausführungsform einer Regeleinrichtung, bei der die Brennstoffzumessung
in der gewünschten Weise ohne Erfassung des Förderdruckg ddr:-Zentrifugalpumpe erfolgt.
In F i g. 4 ist die Regeleinrichtung für den Fall von Horizontalschubbetrieb
mit Nachverbrennung dargestellt; die Arbeitsweise der Regeleinrichtung bei Vertikalschubbetrieb
mit Nachverbrennung und bei Horizontalschubbetrieb ohne Nachverbrennung ist ähnlich
wie bei der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Regeleinrichtung.
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Die wichtigsten bäulichen Unterschiede bestehen darin, daß das vom
Leistungshebel 35 gesteuerte zweite Drosselventil 26,*28 (F i g. 1
bis 3) durch eine vom Verdichterausgangsdruck beeinflußte Durchflußregeleinrichtung
111 hersetzt ist, die ebenfalls vom Leistungshebel 35 gesteuert ist,
und daß die Förderdruckregeleinrichtung 52 (F i g. 1 bis
3) durch einen Druckdifferenzregler 112 ersetzt ist, der die Einlaßöffnung
16 der Pumpe 11 so steuert, daß an der Durchflußregeleinrichtung
111 eine konstante Druckdifferenz liegt Die Durchflußregeleinrichtung
111 enthält ein Gehäuse 113 mit einem Einlaß 114, durch welchen die
Durchflußregeleinrichtung über eine Leitung 22 mit Brennstoff aus der Pumpe
11 gespeist wird. Dieser Brennstoff strömt durch eine Bohrung 115
und einen Auslaß 116 in der Dürchflußregeleinrichtung in eine Leitung
117, die zu einer modifizierten Ventilanordnung 23a führt, und strömt dann
weiter durch die Leitung 41 zu den Einspritzdüsen.
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In der Bohrung 115 ist eine Hülse 118 angeordnet, die
einen Ventilschieber 119 enthält. Der Brennstoff tritt durch Öffnungen 121,
deren freier Querschnitt vom Ventilschieber 119 gesteuert ist, in die Hülse
118
ein und verläßt diese wieder durch öffnungen 122. Der Ventilschieber
119 ist mit einem in einer Verlängerung 124 der Hülse 118 gleitenden
Servokolben 123
verbunden und wird durch eine Feder 125 in eine Position
vorgespannt, in welcher er die öffnungen 121 schließt.
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Unter hohem Druck stehender Servo-Brennstoff tritt durch eine Leitung
126, die mit der einen Seite des Kolbens 123 in Verbindung steht,
in die Durchflußregeleinrichtung 111 ein. Diese Seite des Kolbens
123 ist durch eine Leitung 127 über eine Drosselstelle 128
mit der anderen Seite des Kolbens 123 verbunden. Von dieser anderen Seite
-des Kolbens 123 fährt eine Verbindung über eine Leitung 129 und über
das Verteilerventil 53 zu einer im Gehäuse 113 der Durchflußregeleinrichtung
111 vorgesehenen Leitung 131. Das Ende der Leitung 131 im Gehäuse
113 wird durch ein Abflußventil 132 gesteuert, das von einem bei 134
schwenkbar gelagerten Hebel 133 getragen wird. Dieser wird an seinem einen
Ende von zwei Federn gehalten, von denen die eine Feder 135 am Ventilschieber
119 und die andere Feder 136 am Gehäuse 113 abgestützt ist.
Die Spannung der Feder 136
kann mittels einer Stellschraube 137 eingestellt
werden.
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Am anderen Ende des Hebels 133 wirkt auf dessen einer Seite
ein Balg 138 ein, dem über eine Leitung 139 Luft mit einem Druck zugeführt
wird, der ein bestimmter Bruchteil des Verdichterausgangsdrucks ist, und ferner
wirkt auf der anderen Seite desselben Endes des Hebels 133 ein Balg 141 ein,
dem über eine Leitung 142 Luft mit einem Druck zugeführt wird, der ein veränderbarer
Bruchteil des Verdichterausgangsdrucks ist. Dieser Bruchteil wird durch die Einstellung
des Leistungshebels.35 im Bereich der Nachverbrennungsdrehzahlen bestimmt. Der Verdichterausgangsdruck
wird durch eine Leitung 143 angeliefert, die eine Drosselstelle 144 enthält. Von
der Drosselstelle 144 kann Luft zur Leitung 142 oder durch eine vom Leistungshebel
35 gesteuerte veränderbare Drossel 145 zur Atmosphäre strömen. Die Einstellung
der veränderbaren Drossel 145 bestimmt den im Balg 141 wirksamen Bruchteil des Verdichterausgangsdrucks.
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Der Druckdifferenzregler 112 enthält ein Gehäuse 146 und eine darin
angeordnete Membran 147. Von einer Kammer 140 auf der einen Seite der Membran 147
führt eine Leitung 148 zu der Bohrung 115 in der Durchflußregeleinrichtung
111 an eine Stelle in der Nähe der öffnungen 121 in der Hülse 118,
und von einer Kammer 160 auf der anderen Seite der Membran 147 fährt
eine Leitung 149 zu der Leitung 117. Durch eine zwischen dem Gehäuse 146
und der Membran 147 wirkende Feder 150 wird die Meinbran 147 vorgespannt;
die Spannung dieser Feder kann durch eine Einstellvorrichtung 151 eingestellt
werden. Durch eine im Gehäuse 146 befindliche Wand 152 wird die Kammer
140 von einer Kammer 153 abgeteilt, in welcher ein an seinem einen Ende bei
155 schwenkbar gelagerter Hebel 154 angeordnet ist. Ein mit der Membran 147
in Berührung stehender Stift 156 erstreckt sich durch die Wand
152 und tritt an dem der Schwenkachse gegenüberliegenden Ende des Hebels
154 auf der einen Seite mit diesem in Eingriff. Die andere Seite an diesem Hebelende
trägt ein Servoabflußventil 157, das den Abschluß einer zum Verteilerventil
53 führenden Leitung 158 bildet. Das Verteilerventil 53 stellt
eine Verbindung zwischen den Leitungen 158 und 76 her, welche letztere
Leitung zur Servocinrichtung 54 der Pumpe 11 führt.
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Wie schon erwähnt, ist die Arbeitsweise dieser Regeleinrichtung bei
Vertikalschubbetrieb mit Nachverbrennung und bei Horizontalschubbetrieb ohne Nachverbrennung
ähnlich wie bei der in den F i g. 1
bis 3 dargestellten Regeleinrichtung.
Es sei lediglich erwähnt, daß bei Vertikalschubbetrieb die Brennstoffzumessung zum
Nachbrenner durch das Drosselventil 25, 27 (F i g. 4) erfolgt und
daß das Verteilerventil 53
den Zufluß von Servo-Brennstoff sowohl vom Druckdifferenzregler
112 als auch von der Durchflußregeleinrichtung 111 sperrt. Im folgenden wird
hier nur die Betriebsweise für Horizontalschubbettieb mit Nachverbrennung beschrieben,
für welchen Fall in F i g. 4 die Verhältnisse dargestellt sind.
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Beim Verstellen des Leistungshebels 35 durch den Piloten wird
mit Erreichen der für das Einschalten der Nachverbrennung maßgebenden Triebwerksdrehzahl
der Schalter 106 des Solenoids 43 geschlossen, der Schieber 85 des
Verteilerventils in die in F i g. 4 dargestellte Position bewegt, und der
Leistungshebel 35 beginnt von da ab mit der Steuerung der veränderbaren Drossel
145.
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Das erregte Solenoid 43 öffnet das Absperrventil 15, und die
Bewegung des Schiebers 85 im Verteilerventil 53 bringt in bereits
beschriebener Weise entsprechende mit Servo-Brennstoff beaufschlagte Steuerleitungen
in Verbindung, so daß die Pumpe 11
vom Leistungshebel 35 aus steuerbar
ist.
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Der Druckdifferenzregler 112 steuert die Einstellung des Servokolbens
77 der Servoeinrichtung 54 sowie
damit das Einlaßventil
18 und die Fördermenge der in diesem Fall als Dampfkernpumpe arbeitenden
Zentrifugalpumpe 11 derart, daß die Druckdifferenz zwischen den den Druckdifferenzregler
112 und die Durchflußregeleinrichtung 111 verbindenden Leitung 148 und 149,
d. h. der Druckabfall an den Öffnungen 121 und 122 der Hülse 118 im
wesentlichen konstant ist.
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Im Anfangsbereich der Nachverbrennung steuert der Leistungshebel
35 nur einen minimalen Strömungswiderstand in der Drosselstelle 145 ein,
so daß der Druck im Balg 141 verhältnismäßig klein ist. Das Servoabflußventil
132 befindet sich deshalb im wesentlichen in Schließstellung, so daß der
Servokolben 123 und der Ventilschieber 119 so eingestellt sind, daß
der freie Querschnitt 121 nur klein ist.
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Wenn mit dem Leistungshebel dann höhere Grade der Nachverbrennung
gewählt werden, bewirkt die Verstellung des Leistungshebels 35 einen stärkeren
Druckabfall in der Drossel 45, so daß der Druck im Balg 141 ansteigt und der freie
Querschnitt der Öff-
nungen 121 infolgedessen vergrößert wird.
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Die Durchflußregeleinrichtung 111 ist so ausgebildet, daß der
freie Querschnitt der öffnungen 121 eine im wesentlichen lineare Funktion des Verdichterausgangsdrucks
und somit auch die Brennstoffzumessung eine im wesentlichen lineare Funktion des
Verdichterausgangsdrucks ist.