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Pneumatisch betätigte Servosteuereinrichtung für Ventile. Die Erfindung
bezieht sich auf pneumatisch betätigte Servosteuereinrichtungen für ein Ventil und
insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf eine Steuereinrichtung für die Zuführung
von Abluft vom Turbokompressor eines Turbotriebwerkes oder mehrerer Turbotriebwerke
zum sogenannten Blasleitungssystem in Senkreohtstartern. Es ist bei Senkrechtstartern
bekannt, bei denen der Übergang zwischen Horizontalflug und Start oder Landung dadurch
erfolgt, daß wenigstens die Düsen für den Strahl geschwenkt werden, der durch ein
Strahltriebwerk oder durch die Strahltriebwerke des Flugzeuges erzeugt wird, während
des Startflugzustandes
und des Landeflugzustandes, bei weichen
die Horizontalgeschwindigkeit dieser Flugzeuge sehr gering ist, die Ruder, die während
des Normalfluges die Stabilität des Flugzeuges sicherstellen, unwirksam sind. Es
ist deshalb. allgemein üblich, die Wirkung der Ruder in diesen Flugzuständen durcn
den Betrieb von sogenannten Blasleitungen zu ersetzen. Diese Zeitungen werden mit
Abluft vom Triebwerkskompressor oder von den Triebwerkskompressoren gespeist und
erzeugen im Betrieb mehr oder weniger senkrecht gerichtete Strahlenur Leistung an
vorbestimmten Funkten, die vom Schwerpunkt des Flugzeuges entfernt liegen, beispielsweise
an den Flügel spitzen, um den Querneigungswinkel auszugleichen, und am Ende des
Rumpfes, um die Nicklage des Flugzeuges zu korrigieren. Um sicherzustellen, daß
die maximale Triebwerksleistung während des Horizontalfluges zur Verfügung steht,
bei welchem der Betrieb der Glasleitungen nicht erforderlich ist, wird die Zuleitung
von Triebwerksabluft zum Glassystem durch ein Blasleitungsventil gesteuert, welches
derart angeordnet und ausgebildet ist, daß dieses beim Horizontalflug geschlossen
wird und sich lediglich in F7gzuständen öffnet, bei denen ein wesentlicher Teil
der Strahlantriebskraft zum direkten Tragen des Flugzeuges
verwendet
wird, d.h. wenn der Winkel der Strahlachse gegenüber der horizontalen Hauptebene
des Flugzeuges einen vorbestimmten Wert überschreitet. Wegen der beträchtlichen
Größe des Blasleitungsventiles wird dieses durch eine Servowirkung betätigt, und
zu diesem Zweck kann üblicherweise der Triebwerksabluftdruek verwendet werden.
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Es ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Servosteuersystem
für das Blasleitungsventil zu schaffen: Gemäß der Erfindung weist das Steuer-System
Einrichtungen auf, welche, wenn die Servodruckleitungen, die von einem entfernt
liegenden Steuerpunkt zum Ventil führen, leck werden, wenn das Ventil sich entweder
in der geschlossenen oder in der geöffneten Stellung befindet, das Ventil in dieser
Stellung verriegelt halten, und zwar ungeachtet des Verlustes von fluidem Druckmedium
durch das Zeck. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ebenfalls
Einrichtungen vorgesehen, die, wenn ein derartiger Fehler auftritt, wenn das Blaaleitungsventil
geschlossen ist, es ermöglichen, daß durch eine Steuerung des Flugzeugführers das
Ventil geöffnet werden kann, damit eine Senkrechtlandung durchgeführt werden kann.
Bei einer AuBführungsform
der Erfindung wird der Servobetrieb des
Blasleitungsventils durch einen Pendelkolben gesteuert, welcher in jeder Richtung
durch einen Hauptzylinder und einen Hilfszylinder beaufschlagt wird. Die wirksame
Querschnittsfläche eines jeden Hauptzylinders ist wesentlich größer als die des
Hilfszylinders an der gegenüberliegenden Seite, so daß eine Druckbeaufschlagurig
eines Hauptzylinders den Pendelkolben gegen den Widerstand des gegenüberliegenden
Hilfszylinders bewegt, bis bei Annäherung an das Ende des Pendelhubes die Ventilschalter
durch die Einwirkung des Pendelkolbens umgekehrt werden und dadurch die Wirkung
der Hilfszylinder umkehren. Auf diese Weise wird der Pendelkolben in der Stellung
verriegelt, die am Ende des Hubes des Pendelkolbens erreicht wird.
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Jeder der Hauptzylinder steht dauernd mit einer Druckmediumquelle
beispielsweise mit einer Kompressoranzapfung eines Strahltriebwerkes über eine quersohnitteverengte
Zeitung in Verbindung, und jeder Hauptzylinder ist mit einer Ablaßleitung ausgebildet,
die zu einem entfernt angeordneten Steuerventil führt, welches vorzugsweise mechanisch
mit der Triebwerksdüse oder mit den -düsen verbunden ist, so daß, wenn der Düsen-Winkel
den vorbestimmten Wert gegenüber der Horizontalen,
beispielsweise
30a, überschreitet, das Steuerventil den Hauptzylinder entlüftet, der den Pendelkolben
in die Stellung drückt, in der dieser bewirkt, daß das Blasleitungsventil geschlossen
ist. Wenn der Winkel kleiner ist als der vorbestimmte Wert, entlüftet das Steuerventil
die Hauptzylinderkammer, welche den Pendelkolben in die Stellung drückt, in der
das Blasleitungsventil geöffnet wird, so daß der Druck im gegenüberliegenden Hauptzylinder
den Pendelkolben in die Stellung bewegt, in der dieser bewirkt, daB das Blasleitungssystem
geschlossen wird. Der Pendelkolben ist ferner derart ausgebildet und angeordnet,
daß er mit einem Paar Ventilschalter zusammenwirkt, die, wenn sich der Pendelkolben
in der Ventilöffnungsstellung befindet, den Hilfsverriegelungszylinder entlüften,
der den Pendelkolben in die geschlossene Stellung drückt, sowie die Servoleitung,
die das Ventil in die geschlossene Stellung drückt, wodurch es ermöglicht wird,
daB der Abluftdruck von der Abluftzufuhr das Blasleitungs-Ventil öffnet. Gleichzeitig
wird dieser Verriegelungszylinder von der Verbindung mit der Abluftzuführung abgesperrt,
während, wenn sich der Pendelkolben in der Ventilschliegstellung befindet, dieserventilschalter
Abluft von der Abluftleitung sowohl diesem Verriegelungszylinder als auch der Servoleitung
zuführt, um das Blasleitungsventil zu schließen. Die Bewegung
des
Pendelkolbens in die Ventilschließstellung entlüftet den Verriegelungszylinder,
der den Pendelkolben in die Ventilöffnungsstellung drückt, und sperrt diesen Verriegelungszylinder
von der Abluftzuführung ab. Die Leitung, die zum entfernt angeordneten Steuerventil
vom Hauptzylinder führt, der den Pendelkolben in die Ventflöffnungsstellung drückt,
ist ferner am Pendelkolbenbetätigungsende mit einem Absperrventil verbunden, welches,
wenn es betätigt ist, diese Leitung vom in Frage stehenden Hauptzylinder absperrt,
wodurch bewirkt wird, daß der Druck im Hauptzylinder aufgebaut wird, und daß der
Pendelkolben über die Ventilöffnungestellung gezogen wird, wobei dieser Kolben dann
durch die Wirkung der Ventilschalter verriegelt wird.
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Eine Ausführungsform der Erfindung soll nun in einzelnen unter Bezugnahme
auf die-Zeichnung beschrieben werden. In der Zeichnung ist schematisch eine Axialschnittansicht
der Ventileinrichtung dargestellt.
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Der Luftdurchtritt von einer Triebwerksabluftspeiseleitung 1 zu einem
Blasleitungssystem 2, 3 wird durch ein Ventil 4 gesteuert, welches axial in Anlage
und außer Eingriff mit einem Ventilsitz 5 gleiten kann. Das Ventil 4 weist einen
koaxialen zylindrischen Rand 6 auf,
der sich vom Sitz 5 fort erstreckt
und dessen Innenseite in abdichtender Weise mit der äußeren Oberfläche eines stationärenZylinders
7 zusammenwirkt. Mit diesem; Zylinder 7 bildet der Rand 6 ,eine Zylinderkammer B.
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Der Druck in dieser Kammer drückt das Ventilelement 4 auf seinen Sitz
5, wobei dieser Druck durch eine Vors . spannungsfeiler 9 unterstützt wird. Der
Servobetrieb des Ventils 4 wird durch eine Pendelkolbenanordnung gesteuert, die
im allgemeinen mit 10 bezeichne t ist. Diese Pendelkolbenanordnung ist dicht bei
dem Ventil angeordnet. Aus der Speiseleitung 1 stammende Druck- . Luft wird dem
Pendelkolben über eine Leitung 11 zugeführt, die sich mittels-einer Gleitdichtung
11a durch das Ventil 4 koaxial zu diesem hindurch erstreckt. Die Zylinderkammer
,8 ist mit dem Pendelkolben über eine weitere Leitung 12 verbunden. Die Pendelkolbenanordnung
10 weist einen Kolben 13 auf, der innerhalb einer Zylinderbohrung 14 axial gleitbar
ist. Dieser Kolben weist an jeder Seite einen ringförmigen Randansatz 15 und 16
auf. Der äußere Umfang dieser Randansätze wirkt mit Verlängerungen 17 und 18 der
Zylinderbohrung 14 zusammen, die einen kleineren Durchmesser haben, so daß der Rand
15 den Zylinderraum auf einer Seite des Kolbens in einen äußeren ringförmigen Hauptzylinder
19 und in einen inneren Verriegelungszylinder 20 von kleinerem Querschnitt unterteilt:
Der Ansatz 16 unter.»
teilt in gleicher Weise den Zylinderraum an
der anderen Seite des Kolbens in einen äußeren ringförmigen Hauptzylinder 21 von
verhältnismäßig großem Querschnitt und in einen inneren Verriegelungszylinder 22
mit kleinerer Querschnittsfläche.
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Der zuerst genannte Hauptzylinder 19 steht normalerweise mit der Abluftspeiseleitung
über einen verengten Querschnitt 23 in Verbindung, und der andere Hauptzylinder
21, der auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens 13 liegt, steht in ähnlicher
Weise dauernd mit der Abluftspeiseleitung über einen verengten Querschnitt 24 in
Verbindung. Der zuerst genannte Hauptzylinder 19 ist ferner über eine Fernsteuerungsleitung
25 mit einer Öffnung 26 einer automatischen Fernsteuerungsschiebereinrichtung 27
verbunden. Der andere Hauptzylinder 21 steht in ähnlicher Weise über eine Fernsteuerungsleitung
28 mit einer zweiten Öffnung 29 des Fern-Steuerungsschiebers 27 in Verbindung. Die
Fernsteuerungsanordnung ist als Schieber dargestellt, der zusätzlich au den beiden
Öffnungen 26 und 29 mit einer Öffnung 30 versehen ist, die axial zwischen diesen
Einlaßöffnungen Liegt. Der Schieber 27 weist einen Schieberkolben auf, ler eine
mittlere Schieberkante 31 hat, die in der dar-Kestellten neutralen Stellung die
Ablaßöffnung 30 von
den beiden Öffnungen 29 und 26 absperrt. Der
Kolben des Schiebers 27 wird dadurch axial bewegt, d aß die Spindel 27a des Kolbens
mit einem axial feststehenden Schneckenrad 32 in Ringriff steht, wobei das Schneckenrad
32 von einer Schnecke 33 angetrieben wird, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel
auf der gleichen Welle 33a montiert ist, wie ein Ritzel 34, welches die Strahldüse
35 des Strahltriebwerkes oder der Strahltriebwerke eines Senkrechtstartern einstellt.
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Der Kolben 13, dessen Betrieb demgemäß vom Schieber 27 in einer dem
Fachmann verständlichen Weise gesteuert wird, steuert den Servobetrieb des Blaskanalventils
4 mittels eines Ventilschalters, der durch ein Tellerventil 36 gebildet wird, welches
in der Stellung dargestellt ist, in die dieses Ventil durch den Kolben 13 bewegt
ist, wenn der Hauptzylinder 19 durch die Sehieberkante 31 entlüftet ist. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel ist dies der Fall, wenn die strahl-. triebwerksdüse 35 auf einen
Winkel von mehr als 30° gegenüber der Horizontalen eingestellt ist, und wenn es
erforderlich ist, daß in dieser Betriebslage das Blasleitungsventil 4 geöffnet wird.
In der dargestellten Stellung sohließt das Tellerventil 36 eine Öffnung
37,
um eine Verbindung zwischen der Leitung 11 und damit zwischen der Abluftspeiseleitung
1 und der Leitung 12 zu unterbrechen, welche den Verriegelungszylinder 20 und die
Zylinderkammer 8 verbindet, die zum Schließen des Ventils 4 dient. Das Ventil 36
ist dabei von einem Sitz abgehoben, der eine Entlüftungsöffnung 38 steuert, so daß
sowohl die Zylinderkammer 8 des Blasleitungsventils 4 als auch der Verriegelungszylinder
20 des Pendelkolbens 10 zur Atmosphäre hin entlüftet sind. Durch die Entlüftung
der Kammer 8 kann der Abluftdruck in der Speiseleitung 1 das Blasleitungsventil
4 gegen die Vorspannungsfeder 9 in die geöffnete Stellung drücken, so daß Abluft
die Blasleitungskanäle 2 und 3 erreicht. Gleichzeitig stellt die Entlüftung des
Verriegelungszylinders 20 sicher, daß der Kolben 13 in seiner dargestellten Stellung
gehalten wird, auch wenn die Fernsteuerungsleitung 28, die mit dem Druckhauptzylinder
21 an der gegenüberliegenden Seite des Kolbens in Verbindung steht, brechen sollte,
und wenn dabei dieser Zylinder 21 mit der Atmosphäre verbunden würde.
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Wenn der Winkel der Düse 35 gegenüber der Horizontalen unter 30c abfällt,
so schließt die Schieberkante 31 des Fernsteuerungsschiebers 27 die Öffnung 26 der
Fernsteuerungsleitung
25 und öffnet die Öffnung 29 der Fernsteuerungsleitung
28, und dadurch kann sich wieder ein Druck im Hauptzylinder 19 des Pendelkolbens
10 aufbauen, während der gegenüberliegende Hauptzylinder 21 entlüftet wird. Der
Druck im Hauptzylinder 19 bewegt nunmehr den Kolben 13 in die entgegengesetzte Stellung,
und zwar such dann, wenn der Verriegelungszylinder 22, der einer solchen Bewegung
entgegenwirkt, unter Druck steht.
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Die Bewegung des Kolbens in die entgegengesetzte Endlage hebt die
Halterungsanlage des Tellerventils 36 auf, und dieses kann unter der Einwirkung
des Abluftdrucken der Leitung 11 seine Stellung wechseln, so daß die Leitung 12
von der Entlüftungsöffnung 38 abgesperrt wird und mit der Abluftöffnung 37 verbunden
wird. Die Zylinderkammer 8 wird deshalb wieder mit Abluft gefüllt, wodurch das Blasleitungssteuerventil
4 auf seinen Sitz 5 gedrückt wird, und der Verriegelungszylinder 20 wird wieder
unter Druck gesetzt, um den Kolben 13 in seiner neuen Ventilschließstellung zu halten.
Die Bewegung des Kolbens 13 drückt ebenfalls ein zweites Teller-. ventil 39 aus
seiner dargestellten Stellung heraus, in welcher über dieses Ventil Abluft von der
Zeitung 11 der Zylinderkammer 22'zugeführt wird. Das Ventil 39
wird
in die zweite Stellung gedrückt, in der diese Verbindung an der Öffnung 40 abgesperrt
wird, wobei das Ventil 39 die Abzugsöffnung 41 öffnet, wodurch der Verriegelungszylinder
22 entlüftet wird, so daß der belastete gegenüberliegende Verriegelungszylinder
20 die Verriegelung des Kolbens 13 in der Ventilschließstellung in ähnlicher Weise
sicherstellt wie vorher die Belastung des Zylinders 22 zusammen mit der Entlüftung
des Zylinders 20, wobei hier die Verriegelung des Kolbens in der Ventilöffnungsstellung
sichergestellt wird. Falls bei den bisher beschriebenen Vorrichtungen beide Fernsteuerungsleitungen
25 und 28 oder eine dieser Leitungen durch einen Bruch zur Atmosphäre hin geöffnet
würden so würde dies lediglich zu einem Ablassen des Druckes aus dem Hauptzylinder
führen, der zu diesem Zeitpunkt unter Druck steht. Im entsprechenden Verriegelungszylinder
wird jedoch der Abluftdruck aufrecht erhalten, so daß der Kolben in der vorher eingestellten
nage verbleibt, und demzufolge bleibt das Blasluftleitungsventil entweder geöffnet
oder geschlossen, wie es vor dem Bruch eingestellt war. Es sei ferner darauf hingewiesen,
daß, falls der Bruch während des Horizontalfluges auftritt, d.h. dann auftritt,
wenn das Blasleitungsventil 4 geschlossen ist, die Unmöglichkeit einer Öffnung dieses
Blasleitungsventils es unmöglich machte, daß das Flugzeug eine Senkrechtlandung
durchführt.
Um diesen Nachteil auszuschalten, ist die dargestellte Einrichtung ferner mit einem
vom Flugzeugführer bedienbaren Übersteuerventil 41 ausgestattet, welches von einem
Solenoid 42 betätigt wird. Beide @lemente sind dicht beim Blasleitungsventil und
dessen Pendelkolben 10 angeordnet. Wenn das Solenoid 42 durch eine Steuerung des
Flugzeugführers erregt wird, schließt das Ventil-41 eine Öffnung, um eine Verbindung
zwischen dem Hauptzylinder 21, der dazu dient, den Kolben 13 in die Ventilöffnungsstellung
zu bringen, und der zugeordneten Fernsteuerungsleitung 28 zu unterbrechen. Das Schließen
des Solenoidventils 41 bewirkt, daß der Hauptzylinder 21 ohne Rücksicht auf irgendeinen
Bruch in der Fernsteuerungsleitung 28 über die Öffnung 24 unter Druck gesetzt wird,
wodurch der Kolben 13 in die Ventilöffnungsstellung bewegt wird, in der der Kolben
dann durch eine Unterdrucksetzung des ferriegelungszylinders 20 und durch eine Entlüftung
des Verriegelungszylinders 22 gehalten wird, wobei diese Belüftung und Entlüftung
über die Tellerventile 36 und 39 erfolgt.
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Es können zahlreiche Einzelheiten, der beschriebenen Einrichtung abgeändert
werden, wobei diese Abänderungen im Rahmen. der Erfindung liegen: Die Konstruktion
des
Blasleitungsventils und dessen Betätigungszylinders 8 kann
durch irgendeine andere Konstruktion ersetzt werden, die einen ähnlichen Betrieb
ergibt, und das Schieberelement der Fernsteuerungseinrichtung 27 kann, falls gewünscht,
durch ein Paar Tellerventile ersetzt werden, die durch die Bewegung einer Steuerspindel
aus einer neutralen Stellung heraus in die eine oder in die andere Stellung abwechselnd
geöffnet werden. Diese neutrale Stellung selbst kann derart sein, daß sie einem
Winkel entspricht, der verschieden vom Winkelwert 30o ist, der bei der beschriebenen
Einrichtung angenommen wurde.