DE1531549C3

DE1531549C3 - Druckregeleinrichtung für Flugzeugkabinen

Info

Publication number: DE1531549C3
Application number: DE1531549A
Authority: DE
Inventors: Stanley Gordon Manchester Conn. Best (V.St.A.)
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1966-07-11
Filing date: 1967-07-11
Publication date: 1973-09-13
Also published as: US3373675A; FR1531999A; DE1531549A1; GB1128937A; SE313743B; DE1531549B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckregeleinrichtung für Flugzeugkabinen mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines einem bestimmten Bezugswert des zu regelnden Druckes entsprechenden Bezugssignals, einer Einrichtung zur Erzeugung eines dem zu regelnden Druck entsprechenden Signals und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Fehlersignals, das der Differenz zwischen dem Bezugswert und dem zu regelnden Druck entspricht und das zur Steuerung eines Luftauslaßventils dient. ' Es ist bereits eine Kabinendruck-Regeleinrichtung bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 199 137), welche ein Auslaßventil, einen Kompressor und Meßeinrichtungen für den statischen Außendruck, den Kabinendruck und die Kabinendruckänderungsgeschwindigkeit aufweist und durch weiche vorbestimmte Druck- und Druckänderungsverhältnisse in der Kabine aufrechterhalten werden.

Bei dieser bekannten Einrichtung wirkt eine erste auf den Kabinendruck ansprechende Meßeinrichtung in Form eines Druckfühlers auf einen ersten Gleichlaufgeber ein, ferner wirkt eine zweite auf den statischen Außendruck ansprechenden Meßeinrichtung in Form eines weiteren Druckfühlers auf einen zweiten Gleichlaufgeber ein, und schließlich liefern die beiden Gleichlaufgeber ein zur Korrektur der Öffnung des Auslaßventils, das durch eine Drosselklappe gebildet ist, oder des Kompressors bestimmtes Fehlersignal, wenn die Stellungen ihrer Rotoren, d. h. der Kabinendruck und der statische Druck, nicht in einer vorbestimmten Beziehung stehen. Außerdem ist bei der betreffenden bekannten Einrichtung ein Begrenzer vorgesehen, der dazu dient, das jeweils gewonnene Fehlersignal stets in einem Größenbereich zu halten, der unterhalb der Größe eines beim Auftreten einer gefährlich hohen Druckdifferenz vom Diskriminator abgegebenen Signals liegt. Dieses Signal dient dabei dazu, das Fehlersignal zu übersteuern. Hierdurch ist es jedoch nicht ohne weiteres möglich, sprunghafte Druckänderungen in der jeweiligen Kabine zu vermeiden. -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckregeleinrichtung zu schaffen, bei der bei ungenügender Druckluftversorgung (Leerlauf der Trieb- \ werke beim Landeanflug) oder beim Übergang von einem nicht an die Druckregelung angeschlossenen , Hilfsdruckregler auf die Druckregeleinrichtung das ^ Fehlersignal einen bestimmten maximalen Wert nicht übersteigt, um sprunghafte Drückänderungen in der Kabine beim Einsetzen der vollen Druckluftversorgung zu vermeiden.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Druckregeleinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch einen auf das Fehlersignal ansprechenden Betragsbegrenzerkreis, der aus der Reihenschaltung eines ersten Differenzkreises, eines Klemmkreises, eines zweiten Differenzkreises und eines Integrators besteht, ferner durch einen Gleichlauf-Nachführungskreis, dessen Eingang vom Fehlersignal gespeist wird und der beim Überschreiten eines bestimmten Totbereichs des Fehlersignals ein Ausgangssignal von bestimmter Polarität und Größe erzeugt, das über den zweiten Differenzkreis des Betragsbegrenzerkreises das Bezugssignal so beeinflußt, daß das Fehlersignal unterhalb eines vor- ·, gegebenen Wertes bleibt. Die Erfindung bringt gegenüber der eingangs betrachteten bekannten Einrichtung den Vorteil mit sich, daß mit relativ geringem schaltungstechnischem Aufwand sprunghafte Druckänderungen in der Flugzeugkabine beim Einsetzen der vollen Druckluftversorgung vermieden werden.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist das Fehlersignal vom Ausgang des Integrators auf den ersten Differenzkreis des Betragsbegrenzerkreises negativ rückgekoppelt. Hierdurch werden in besonders wirksamer und einfacher Weise sprunghafte Druckänderungen in der Kabine beim Einsetzen der jeweils vollen Druckluftversorgung vermieden.

Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist ein Differenzierglied für das den zu regelnden Druck darstellende Signal vorgesehen, und außerdem wird das dem Wert

entsprechende differenzierte Signal dem Integrator über den zweiten Differenzkreis zugeführt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer erhöhten Empfindlichkeit und ferner, daß das jeweilige Fehlersignal schnellen Änderungen der zu steuernden Größe P<;

zu folgen vermag, wie dies weiter unten noch näher ersichtlich werden wird.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine schaltungsmäßige Realisierung einer Druckregeleinrichtung;

F i g. 2 zeigt eine Variante eines Betragsbegrenzerkreises in Verbindung mit einem Gleichlaufkreis der in F i g. 1 gezeigten Schaltungsariordnung.

Ein in Fig. 1 mit 10 bezeichneter Festlegungsgenerator dient zur Erzeugung eines gewünschten Kabinendruckbezugssignals P₀, das mit einem dem tatsächlichen Kabinendruck entsprechenden Signal P_c verglichen wird. Ein Fehlersignal E, das aus der Difübur einen Schalter 30 mit einem Servomotor 32 gekoppelt ist.

Nach Eintritt in die Landeanflugphase wird der Schalter 30 durch ein nicht dargestelltes Zeitverzögerungsrelais kurzzeitig geschlossen. Der Servomotor 32 verändert die Stellung des Schleifers 22 so lange, bis das am Ausgang des Differenzkreises 26 auftretende Fehlersignal ein Minimum aufweist. Am Ende der betreffenden Verzögerungszeitspanne von etwa 3 Sekunden ist der Schalter 30 geöffnet,, und die Schleiferstellung ist fixiert. Während der Landeanflugphase wird das -P_w-Signal einem Betragsbegrenzerkreis zugeführt, der einen ersten Differenzkreis 35, einen Klemmkreis 33, einen zweiten Differenzkreis

ferenz der beiden Signale P₀ und P_c gebildet wird, 15 34 und einen Integrator 36 enthält. In dem zweiten

steuert ein Luftauslaßventil 12 an. Das Luftauslaßventil 12 beeinflußt den tatsächlichen Kabinendruck. Der Festlegungsgenerator 10 liefert den für die jeweilige Landeanflugsphase gewünschten Kabinendruck. Es sei jedoch bemerkt, daß der Generator 10 während sämtlicher Flugphasen des Flugzeugs, d. h. während der Aufstiegsphase, während der normalen Reiseflugphase und während der Landeanflugphase zur Erzeugung des den jeweils gewünschten Kabinen-Differenzkreis 34 wird das Signal P₀ mit einem Rückkopplungssignal verglichen, das von einem Gleichlauf-Nachführungskreis 50 geliefert wird. Das Ausgangssignal des Integrators 36 wird zu dem ersten Differenzkreis 35 rückgekoppelt und einem Differenzkreis 38 zugeführt. In diesem Differenzkreis 38 wird das Signal P₀ mit dem Signal P_c verglichen, das dem tatsächlichen Kabinendruck entspricht. Das Ausgangssignal E des Differenzkreises 38 stellt

druck entsprechenden Signals P₀ verwendet werden 25 ein Fehlersignal dar, welches der Differenz zwischen kann. Es sei jedoch bemerkt, daß im folgenden die dem tatsächlichen Kabinendruck und dem gewünsch-Druckregeleinrichtung im Hinblick auf die Lande- ten Kabinendruck entspricht. Dieses Fehlersignal E

wird über einen Differenzkreis 40 und einen Verstärker 42 einer Motorsteuerstufe 44 zugeführt, durch die das Luftauslaßventil 12 derart gesteuert wird, daß das Fehlersignal E am Ausgang des Differenzkreises 38 zu einem Minimalwert wird.

Durch ein dem Differenzkreis 40 über eine Betragsrückkopplungsstufe 46 zurückgekoppeltes Betragsrückkopplungssignal wird die Steuerung des Luftauslaßventils 12 stabilisiert. Zur Ansteuerung des Gleichlauf-Nachführungskreises 50 dient ein Rückkopplungssignal, das dem Fehlersignal Z? entspricht. Dieses Rückkopplungssignal ist entweder vom Ausgang des Differenzkreises 38 oder an irgendeiner Stelle eines diesem Differenzkreis 38 nachgeschalteten Netzwerks abnehmbar, z. B. vom Ausgang'des Verstärkers 42, nachdem das Betragsrückkopplungssignal von dem Luftauslaßventil 12 zugeführt worden ist.

Das Rückkopplungssignal wird mit Hilfe eines Verstärkers 48 einem sogenannten Totbandkreis zugeführt, der nur dann ein Ausgangssighal abgibt, wenn das dem Verstärker 48 zugeführte Signal einen bestimmten positiven oder negativen Wert Überschrei

anflugphase erläutert werden wird.

Der die Kabine umgebende Außendruck wird durch einen hier nicht näher dargestellten Druckwandler 11 ermittelt, der ein dem betreffenden Druck entsprechendes Spannungssignal P_A erzeugt. Zusätzlich legt der Pilot eine Spannung P_AL fest, die dem am Landeplatz herrschenden Druck oder dem bei einer Landeanflugphase auftretenden Enddruck entspricht. Diese Festlegung kann durch Einstellung des Schleifers eines nicht näher dargestellten Potentiometers 13 erfolgen und gegebenenfalls barometrisch korrigiert werden. .

Die beiden erwähnten Signale P_A und P_AL werden einem Differenzverstärker 14 zugeführt, dessen Ausgangssignal P_A — P_AL beträgt. Dieses Ausgangssignal bzw. Differenzsignal wird anschließend einem Funktionsgenerator 16 zugeführt, dessen Ausgangssignal einem weiteren Differenzsignal entspricht, nämlich der Differenz zwischen dem gewünschten Kabinendruck P₀ und dem Signal P_AL, das den Kabinendruck am Ende der Landeanflugphase angibt. Dieses weitere Differenzsignal 18 wird einem Vervielfacher 20

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zugeführt, z. B. den Enden eines Potentiometers, von 50 tet. Der betreffende Totbandkreis spricht also inner-

dessen Schleifer 22 das Ausgangssignal abgenommen wird. Das so vervielfachte Differenzsignal stellt die für die Landeanflugphase erwartete Kabinendruckänderung dar. Das Differenzsignal P₀ —P_AL wird anschließend einem Summenverstärker 24 zugeführt, dem im übrigen das Drucksignal P_AL zugeführt wird, welches dem am Ende der Reiseflugphase herrschenden Kabinendruck entspricht. Auf diese Weise wird das gewünschte Kabinendrucksignal P₀ erzeugt. Der in Frage kommende Multiplikationsfaktor und das Kabinendruckdifferenzsignal werden durch eine nach Beginn der Landeanflugphase erfolgende kurzzeitige Betätigung eines Servoschleifenregelkreises erhalten. In diesem Servoschleifenregelkreis wird das gewünschte Kabinendrucksignal P₀ mit dem tatsächliehen Kabinendrucksignal P_c in einem Differenzkreis 26 verglichen, und das¹ Differenzsignal wird dann mit Hilfe eines Verstärkers 28 verstärkt, der halb eines bestimmten Bereichs des ihm zugeführten Eingangssignals nicht an und gibt ein Ausgangssignal nur außerhalb des betreffenden Bereichs ab. Bei innerhalb der zuvor erwähnten bestimmten Werte auftretendem Signal ist der Betrag des Ausgangssignals F₇- gleich Null. Zu diesem Zweck ist hier ein aus Dioden und Widerständen bestehendes Netzwerk vorgesehen, das in Reihe geschaltete Widerstände 52, 54, 56 und 58 aufweist. Die ohmschen Werte der Widerstände 52 und 58 sowie 54 und 56 sind gleich. Hierdurch ist ein symmetrischer Kreis geschaffen, wodurch das Ausgangssignal des Verstärkers 48 bei fehlendem Fehlersignal Null Volt beträgt.

Zu den in Reihe geschalteten Widerständen und 56 sind zwei in Reihe geschaltete Dioden und 62 parallel geschaltet. Dabei ist die Kathode der Diode 60 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 52 und 54 verbunden, und' die Anode der

Diode 62 ist mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 56 und 58 verbunden. Der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden Dioden 60 und 62 ist mit einem aus den Widerständen 64 und 66 bestehenden Spannungsteiler verbunden, mit dessen Hilfe das Signal F₇- erzeugt wird. Der Widerstand 66 führt mit seinem einen Ende zum Bezugspotential, so daß bei Fehlen eines außerhalb des Totbands F₇- liegenden Signals die Größe F₇- gleich Null Volt beträgt. ;

Der Gleichlauf-Nachführungskreis 50 arbeitet nun in der Weise, daß bei Auftreten eines Fehlersignals, welches eine Änderung deä Luftauslaßventils erfordert, und zwar eine Änderung, die einer Höhe von ± 12,192 m entspricht, das Ausgangssignal des Verstärkers 48 hinsichtlich seiner positiven oder negativen Polarität so stark ansteigt, daß entweder die Diode 60 oder die Diode 62 in Durchlaßrichtung freigegeben wird. Normalerweise sind die beiden Dioden 60, 62 bei Auftreten eines Fehlersignals, das einer geringeren Höhe als .+' 12,192 m entspricht, gesperrt. Wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 48 z. B. mit positiver Polarität auftritt, wird die Diode 62 in dem Fall leitend, so daß die durch den Spannungsabfall an dem Widerstand 56 festgelegte Spannung anfängt, die Diode in Durchlaßrichtung freizugeben und demgemäß das F_r-Signal mit positiver Polarität auftreten läßt. Die Polarität des dem Differenzkreis 34 zugeführten F_r-Signals ist derart, daß das gewünschte Kabinendrucksignal P₀ verringert und damit das zu starke Ansteigen des Fehlersignals E vermieden ist. Damit zwingt der beschriebene Gleichlauf-Nachführungskreis 50 das gewünschte Drucksignal F₀, dem tatsächlichen Kabinendrucksignal P_c in dem Fall zu folgen.

In Fig. 2 ist ein Gleichlaufkreis mit einem Betragsbegrenzerkreis gemäß der Erfindung gezeigt. Das gewünschte Kabinendrucksignal P_u und das dem zu steuernden tatsächlichen · Kabinendruck entsprechende Signal F_c werden zunächst in einem Differenzkreis 80 zusammengefaßt, um ein Fehlersignal E zu gewinnen, welches der Differenz zwischen den beiden Signalen entspricht. Das vom Ausgang des Integrators 36 zurückgekoppelte Signal wird in dem Differenzkreis 80 ebenfalls von dem F/j-Signal subtrahiert. Das Fehlersignal E wird anschließend über den Klemmkreis 33 dem Differenzkreis 34 zugeführt, dem ferner über ein Differenzierglied 82 ein Signal zugeführt wird, das dem Betrag der Änderung des zu steuernden tatsächlichen Kabinendrucks ent-

spricht, also der Größe —r—. Der Differenzkreis 34

ίο. gibt damit ein Signal ab, das der Differenz der ihm zugeführten Signale entspricht. Dem Differenzkreis 34 wird ferner das Gleichlaufrückkopplungssignal F₇ zugeführt. Mit Hilfe des Ausgangssignals des Diffe-

■ renzkreises 34 wird der Integrator 36 angesteuert, und mit Hilfe des Ausgangssignals E des Integrators 36 wird schließlich die Betätigungsstufe 44 angesteuert, die zur Einstellung des Luftauslaßventils 12 dient. Durch diese Schaltungsanordnung ergibt sich am Ausgang des Integrators 36 eine erhöhte Empfindlichkeit, und außerdem vermag das Fehlersignal E schnellen Änderungen des zu steuernden tatsächlichen Kabinendrucks stets zu folgen. Die Einstellung des Betragsbegrenzerkreises bewirkt nach Vergleich des dem gewünschten Kabinendruck entsprechenden Signals P₀ mit dem dem zu steuernden tatsächlichen Kabinendruck entsprechenden Signal F_c normalerweise eine Verlangsamung der Ansprechzeit des Betragsbegrenzerkreises. Außerdem sei noch bemerkt, daß durch Abgabe des dem erwähnten Differential von F_c entsprechenden Signals an den Integrator 36 das von diesem Integrator 36 abgegebene Ausgangssignal E schnellen Änderungen von F_c zu folgen vermag, da nämlich die kombinierten Operationen ein Ausgangssignal erzeugen, das dem dem zu steuernden tatsächlichen Kabinendruck entsprechenden Signal F_c proportional ist.

Abschließend sei noch bemerkt, daß der Gleichlauf-Nachführungskreis 50 in seiner Anordnung dem Gleichlauf-Nachführungskreis nach Fig. 1 entspricht und sicherstellt, daß das Fehlersignal E sogar bei maximaler Abweichung innerhalb annehmbarer Grenzen verbleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckregeleinrichtung für Flugzeugkabinen mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines einem bestimmten Bezugswert des zu regelnden Drukkes entsprechenden Bezugssignals, einer Einrichtung zur Erzeugung eines dem zu regelnden Druck entsprechenden Signals und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Fehlersignals, das der Differenz zwischen dem Bezugswert und dem zu regelnden ,Druck entspricht und das zur Steuerung eines Luftauslaßventils dient, gekennzeichnet durch einen auf das Fehlersignal (E) ansprechenden Betragsbegrenzerkreis (35, 33, 34, 36), der aus der Reihenschaltung eines ersten Differenzkreises (35), eines Klemmkreises (33)> eines zweiten Differenzkreises (34) und eines Integrators (36) besteht, ferner durch einen Gleichlauf-Nachführungskreis (50), dessen Eingang vom Fehlersignal (E) gespeist wird und der beim Überschreiten eines bestimmten Totbereichs des Fehlersignals (E) ein Ausgangssignal (P₇-) von bestimmter Polarität und Größe erzeugt, das über den zweiten Differenzkreis (34) des Betragsbegrenzerkreises das Bezugssignal (P_n) so beeinflußt, daß das Fehlersignal (E) unterhalb eines vorgegebenen Wertes bleibt.

2. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal (E) vom Ausgang des Integrators (36) auf den ersten Differenzkreis (35) des Betragsbegrenzerkreises (35, 33, 34, 36) negativ rückgekoppelt ist.

3. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Differenzierglied (82) für das den zu regelnden Druck darstellende Signal (P_c) sowie dadurch, daß das dem

Wert -~ entsprechende differenzierte Sign al dem

Integrator (36) über den zweiten Differenzkreis (34) zugeführt wird.