DE1626108C3

DE1626108C3 - Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinenstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE1626108C3
Application number: DE1626108A
Authority: DE
Inventors: Keith Allestree Derby Eames (Grossbritannien)
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1966-02-23
Filing date: 1967-02-21
Publication date: 1978-07-20
Also published as: GB1135614A; FR1516319A; DE1626108B2; US3420056A; DE1626108A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit Fühlern, die Signale liefern, welche funktionell von Parametern abhängig sind, die sich auf Umgebungsbedingungen beziehen, denen das Triebwerk ausgesetzt ist, mit einem Prozeßrechner, dem diese Signale zugeführt werden und der einen erwünschten Wert einer Regelgröße berechnet, mit Einrichtungen zur Messung des Ist-Wertes der Regelgröße und mit einer Einrichtung zum Vergleichen von Soll-Wert und Ist-Wert.

Eine solche Brennstoffanlage ist z. B. durch die Literaturstelle »Untersuchungen und Mitteilungen Nr. 1272« der DVL Berlin Adlershof von H. Kühl bekanntgeworden. Hierbei ist mittels eines Bedienungshebels an einem das Brennstoffzufuhrventil steuernden Rechner die gewünschte Leistung wählbar, wobei verschiedene Betriebskenngrößen gemessen und diese Ist-Werte mit vorgegebenen Soll-Werten an einer Vergleichseinrichtung im Rechner verglichen werden, wobei das Fehlersignal dann das Ausmaß des Regeleingriffs durch Verstellung des Brennstoffventils bestimmt.

Derartige Anlagen arbeiten zufriedenstellend, sobald das Flugzeug sich im Reiseflug befindet. Während des so Starts und bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten ist ein zuverlässiges Arbeiten dieser Regler nicht gewährleistet, weil insbeondere die Druckfühler und die Temperaturfühler, die die Ist-Werte in den Computer eingeben, auf uie Normalflugbedingungen abgestellt sind und in unteren Geschwindigkeitsbereichen keine Genauigkeit des Anzeigewertes gewährleisten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Brennstoffregeleinrichtung der eingangs genannten Bauart derart zu verbessern, daß der Betrieb des Triebwerks auch im unteren Geschwindigkeitsbereich in optimaler Weise erfolgen kann, wobei Meßungenauigkeiten der Fühler ausgeschaltet werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Regelgröße der Gesamtdruck im Strahlrohr des Triebwerks ist, daß die gemessenen Parameter die Umgebungslufttemperatur, der Umgebungsluftdruck und die Flugmachzahl sind, und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, um unterhalb einer vorgegebenen Flugmachzahl die gemessene Lufttemperatur und den gemessenen Umgebungsluftdruck durch vorbestimmte Werte zu ersetzen.

Diese Vorrichtungen können einfach aus einem Umschalter bestehen, der den Temperatureingang und den Druckeingang des Computers von den Fühlern auf einen Signalgeber umschaltet, der manuell auf die tatsächlichen Daten vom Flugzeugführer eingestellt werden kann, die dieser durch Funk vom Kontrollturm erhält, während er den Startanlauf vorbereitet, oder sich im Steigflug vor Erreichen der Reisegeschwindigkeit befindet. Sobald der Normalflug erreicht ist, kann der Umschalter wieder betätigt werden, so daß nunmehr die Meßfühler wirksam werden. Das Wesen der Erfindung besteht demgemäß darin, daß die Parameter, die während des Normalfluges am Flugzeug durch flugzeugeigene Fühler gemessen werden, beim Start des Flugzeuges durch eine manuell einstellbare Gebereinrichtung ersetzt werden, so daß in jedem Flugzustand die optimale Brennstoffeinstellung mit vollständiger Verbrennung des Brennstoffes gewährleistet ist, so daß Luftverunreinigungen beim Start des Flugzeuges wesentlich vermindert oder vermieden werden können.

Der vom Triebwerk erzeugte Schub kann auf einem konstanten Minimalwert gehalten werden, der den entsprechenden Kenndaten entspricht, und zwar unabhängig von Änderungen der Umgebungsbedingungen, unter denen das Triebwerk arbeitet. Dies ergibt eine Erhöhung der Lebensdauer des Triebwerks.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische, teilweise aufgebrochene Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebswerkes, das mit einer erfindungsgemäßen Brennstoffregeleinrichtung ausgerüstet ist,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Brennstoffregeleinrichtung nach Fig. 1.

F i g. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10, das in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlaß 11, einen Kompressor 12, eine Brennkammer 13, eine den Kompressor 12 antreibende Turbine 14, ein Strahlrohr 15 und eine Schubdüse 16 aufweist. Am Flugzeug sind Meßvorrichtungen 17, 18, 19 vorgesehen, deren Ausgangssignale von der Temperatur und dem Druck der Luft abhängen, in der das Flugzeug fliegt, und außerdem von der Machzahl. Das Gasturbinenstrahltriebwerk 10 ist mit einem Brennstoffsystem 20 ausgerüstet, das einen Brennstofftank 21, eine Pumpe 22 und eine Brennstoffzumeßvorrichtung 23 aufweist, die Brennstoff über eine Verteilerleitung 24 der Brennkammer 13 liefert.

Im Strahlrohr 15 sind ferner Meßfühler 25 angeordnet, an deren Ausgängen 29 Signale abgegeben werden, die von dem Gesamtdruck im Strahlrohr abhängen. Die Ausgänge 26,27,28 und 29 der Meßfühler 17,18,19 und 25 sind jeweils mit Eingängen 30, 31, 32, 33 einer Brennstoffregeleinrichtung 34 verbunden. Ein Ausgang 35 der Brennstoffregeleinrichtung 34 ist mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Servomechanismus der Brennstoffzumeßvorrichtung 23 verbunden.

Die Eingänge 30, 31, 32 der Brennstoffregeleinrichtung 34 (F i g. 2) sind an Meßumformer 37, 38 und 39 angeschlossen, die die Eingangssignale umformen, um sie zur Benutzung in einem Prozeßrechner 40 geeignet zu machen. Bei und über einer vorbestimmten Fluggeschwindigkeit, z. B. 50 Knoten, oder wenn das Flugzeug die Startphase vollendet hat, werden die

Ausgänge 41,42 und 43 der Meßformer 37,38 und 39 an die Eingänge 44,45 und 46 des Prozeßrechners 40 über eine Umschaltvorrichtung 48 angeschlossen. Bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten bewirkt die Umschaltvorrichtung 48 jedoch, daß die Eingänge 44 und 45 des Prozeßrechners 40 mit den Ausgängen 49 und 50 einer manuell einstellbaren Signalquelle 52 verbunden werden, wobei der Eingang 46 des Prozeßrechners 40 mit dem Ausgang 43 des Meßumformers 39 verbunden bleibt. Bei niedrigen Geschwindigkeiten können daher Signale, die der Außenlufttemperatur und dem Außendruck entsprechen, manuell in der Signalquelle 52 erzeugt und dem Prozeßrechner 40 zugeführt werden, wodurch Meßfehler der Fühler 17 und 18 bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten vermieden werden. In der Praxis können genaue Werte von Außenlufttemperatur und Druck von einem Kontrollturm vom Flugzeugführer erfragt werden, wenn er den Start vorbereitet. Sobald die Fluggeschwindigkeit 50 Knoten überschreitet, oder vorzugsweise nach Vollendung der Startphase bewirkt die Umschaltvorrichtung 48 eine Verbindung der Eingänge 44 und 45 mit den Fühlern 17 und 18.

Mit einem Eingang 54 des Prozeßrechners ist ein Ausgang 56 eines Wählers 58 für die Betriebsart des Triebwerkes verbunden, durch den die Arbeitsweise des Triebwerks einstellbar ist. Der Flugzeugführer kann den Wähler 58 auf »Start«, »Normalreiseflug« oder »normale Steigung« einstellen und er kann ihn außerdem so einstellen, daß andere Faktoren berücksichtigt werden, z. B. der Grad der erforderlichen Enteisungsmaßnahmen. Der Prozeßrechner 40 benutzt dann gespeicherte Daten, um mit den von Umgebungsbedingungen abhängigen Parametern den minimal möglichen Strahlrohrgesamtdruck für das Triebwerk 10 zu berechnen. Ein Ausgang 60 des Prozeßrechners 40 liefert ein Signal, das dem erforderlichen Strahlrohrgesamtdruck proportional ist.

Die Eingänge 33 der Brennstoffregeleinrichtung 34 sind mit einer Vorrichtung 62 verbunden, an deren Ausgang 64 ein Signal auftritt, das proportional zu dem Durchschnittswert des Strahlrohrgesamtdruckes ist. Der Ausgang 64 der Vorrichtung 62 ist über einen Meßumformer 66, der das Signal in eine für den Prozeßrechner 40 geeignete Form umwandelt, mit einem Eingang 68 der Summationsstelle 70 verbunden. Ein weiterer Eingang 72 der Summationsstelle 70 ist mit dem Ausgang 60 des Prozeßrechners 40 verbunden. Die Summationsstelle 70 liefert ein »Fehlersignal«, das am Ausgang 74 auftritt und proportional zu der Differenz der Signale an den Eingängen 68 und 72 ist. Der Ausgang 74 der Summationsstelle 70 ist mit dem Ausgang 35 der Brennstoffregeleinrichtung 34 verbunden.

Sobald der Flugzeugführer die Betriebsart des Gasturbinenstrahltriebwerks 10 gewählt hat, berechnet der Prozeßrechner 40 den Strahlrohrgesamtdruck, der dieser Betriebsart und den Umgebungsbedingungen entspricht, unter denen das Triebwerk arbeitet, und die Summationsstelle 70 vergleicht den berechneten und

ίο den gemessenen Strahlrohrgesamtdruck und das resultierende Fehlersignal wird benutzt, um die Brennstoffzufuhr zu dem Gasturbinentriebwerk zu ändern und ein Null-Fehlersignal am Ausgang 74 der Summationsstelle 70 zu erzeugen.

Der Ausgang 60 des Prozeßrechners 40 und der Ausgang des Meßformers 66 sind mit den Eingängen 75 bzw. 76 einer Vorrichtung 77 verbunden, die dem Flugzeugführer eine Anzeige der Differenz zwischen dem berechneten und dem gemessenen Strahlrohrgesamtdruck liefert. Die Vorrichtung 77 kann geeicht sein, wobei die Beziehung zwischen Strahlrohrdruck und Triebswerksbruttoschub benutzt wird, um das Verhältnis von gemessenem Bruttotriebwerksschub zu berechnetem Triebwerksbruttoschub prozentual anzuzeigen.

Ein Ausgang 78 der Vorrichtung 77 kann mit einem automatischen Datenaufzeichner (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden werden.

Wenn es unter gewissen Bedingungen erforderlich ist, das Gasturbinenstrahltriebwerk 10 ohne Berücksichtigung des Gesamtstrahlrohrdrucks zu steuern, kann die Wirkung der Summationsstelle 70 durch eine Abschaltvorrichtung 80 ausgeschaltet werden, die mit einem Eingang 69 verbunden ist Der Prozeßrechner 40 und die Anzeigevorrichtung 77 bleiben jedoch betriebsfähig, so daß der Flugzeugführer weiterhin nützliche Informationen bezüglich des Strahlrohrgesamtdruckes und des Triebwerksbruttoschubes in zweckmäßiger Form vermittelt erhält.
Das Gasturbinenstrahltriebwerk 10 ist zusätzlich mit Steuereinrichtungen z. B. einem Drehzahlregler, einem Turbinengastemperaturregler und einem Kompressordruckregler ausgestattet, die auf die Brennstoffzumeßvorrichtung 23 einwirken. Diese Regler übersteuern die Arbeitsweise der Brennstoffregeleinrichtung 34. Wenn die Arbeitsweise der Brennstoffregeleinrichtung 34 z. B. beim Start übersteuert wird, dann sieht der Flugzeugführer an der Anzeigevorrichtung 77 die Differenz zwischen dem notwendigen und dem tatsächlichen Strahlrohrgesamtdruck und kann so entscheiden, ob er den Start abbricht oder nicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Brennstoffregeleinrichtung für ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit Fühlern, die Signale liefern, welche funktionell von Parametern abhängig sind, die sich auf Umgebungsbedingungen beziehen, denen das Triebwerk ausgesetzt ist, mit einem Prozeßrechner, dem diese Signale zugeführt werden und der einen erwünschten Wert einer Regelgröße berechnet, mit Einrichtungen zur Messung des Ist-Wertes der Regelgröße und mit einer Einrichtung zum Vergleichen von Soll-Wert und Ist-Wert, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgröße der Gesamtdruck im Strahlrohr (15) des Triebwerks (10) ist, daß die gemessenen Parameter die Umgebungslufttemperatur, der Umgebungsluftdruck und die Flugmachzahl sind, und daß Vorrichtungen (48, 52) vorgesehen sind, um unterhalb einer vorgegebenen Flugmachzahl die gemessene Lufttemperatur und den gemessenen Umgebungsluftdruck durch vorbestimmte Werte zu ersetzen.