DE1920002A1

DE1920002A1 - Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Brennstoffzufuhr bei Propeller-Turbinen-Luftstrahltriebwerken

Info

Publication number: DE1920002A1
Application number: DE19691920002
Authority: DE
Inventors: Gottfried Bader
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1969-04-19
Filing date: 1969-04-19
Publication date: 1970-11-12
Also published as: FR2039297A1; GB1256666A; US3648033A

Description

Bodenseewerk Gerät et eohnik G-mbH, 777 Überlingen/Bodensee

Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung

der Brennstoffzufuhr bei Propeller-Turbinen-Luftstrahltriebwerken

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Brennstoffzufuhr bei Propeller-Turbinen-Luftstrahltriebwerken für Luftfahrzeuge mittels eines Leistungshebels · und eines Trimmhebels.

Turbinentriebwerke enthalten bekanntlich vorn einen Lufteinlaß, an den sich ein Verdichter anschließt. Durch den Verdichter wird eine Verdichtung der eintretenden Luft auf einen relativ hohen Druck bewirkt. Diese Luft tritt in eine oder mehrere Brennkammern, in welche durch einen Brenner Brennstoff eingespritzt wird, der in der Brennkammer verbrennt. Es entsteht dabei eine hocherhitzte G-asmasse, die über eine Turbine und eine Schubdüse ausströmt. Die Turbine wird dabei angetrieben und entnimmt der Gasmasse einen Teil ihrer Energie. Die Turbine ist mit dem Verdichter über eine Verbindungswelle gekuppelt. Bei Propeller-Turbinen-Luftstrahltriebwerken wird ein relativ großer Anteil der

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Energie der heißen Sasaasae von der Turbine In mechanische Arbeit umgesetet, und die Turbine treibt nicht nur den Verdichter, sondern «ueätslioh einen Propollar. Bei aoiohen Strahltriebwerken erfolgt ein erster Temperaturanstieg der Luft in dem Verdichter, in welchem auch tin Druckanstieg bis auf ε-inen Maximalwert erfolgt· In der Brennkammer trfolgt ein Absinken des Druckes τοπ dem Maximalwert, während Sie 2©mperatiir auf einen Maximalwert ansteigt« der im wesentlichen am Eingang der Turbine auftritt* In der Turbine erfolgt eine» gewisse Abküh- " * lung der heißen Saamaeae» wöb®i dam Oas Arbeit 1stet©to Bisse meohanisoh» Leistung ist m.&oh dem xweltan Haupt sat ss öes³ Wärme-' lehn umso größer, je höher dleae Eßs&ssal® Seaperatns* es Eingang der Turbine ist· M&n btseichneiJ diese temperatur als T urbinengast emperatur·

Die Turbin«2igaiteap*ratuff sollt© an© ian gsscfeiid^rtoia ©blinden eineraei-la mugliohat hook seine AndereiraeltB darf die gaatemperatur beatimate ¥#i?te nicht überschreiten» täa die Gefahr ein@r ZeretöruRg Ä®e Sri©Bwerk®e besteht₀ Ber jeweils optimale Wert für die TurMnengaatemperatur hängt ab -won Betriebsart (Start, Plugbereiöh, Flugleerlauf _t Boäenlauf» Rsversion) und Brehssahl« sowie τοη den ümgtbtmgsb^dinguiigen wie Hughuhe» Lufttemperatur und fluggesehwlndigkeit.

Zur Steuerung eines solohen Strahltriebwerkes sind sswel Steuerglieder 7orgesehen₉ fin, ⁿLeiatung3hebel^>l unS ein frimmhebel. Duroh den Lei β tungehe bei wird je nach der gewählten Betriebsart eine Drehsahl und ein bestimmter ErftftstoffdurohfluS vorgegeben, welcher ao abgestimmt ist» daß die «rforderliahe Leistungsabgabe ersielt wird, ohne die femperaturgrenswert« der Turbine su überschreiten. Sar KraftetoffdurehfluB wird dadurch geregelt, dafi an einer Drossel, deren Quersohnittsfläohe durch den

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Leistungshebel eingestellt werden kann, ein konstanter Differenzdruck aufrechterhalten wird. Bei einer Änderung dieses Differenzdruck^s wird der Hub einer Kraftatoffforderpumpe verändert. Der Kraftstoffdurchfluß wird durch eine Druckdose automatisch bei Änderungen dee Luftdurchsatzes infolge von Druokänderungen am Lufteintritt bei Änderung der Flughöhe und Pluggeschwindigkeit berichtigt. Durch den Trimmhebel erfolgt eine Korrektur des Kraftstoffdurchflusses in Abhängigkeit von der Lufteintrittetemperatur und der Flughöhe, um so einen vorgegebenen Wert der Turbinengastemperatur zu erreichen, der wiederum von der Betriebsart und damit der Stellung des Leistungshebels abhängt.

Die maximal zulässige Turbinengastemperatur hängt somit ab von der Drehzahl, wie sie durch den Leistungshebel vorgegeben wird, sowie von der Flughöhe bzw. dem Luftdruck. Um diese Turbinengast emperatur zu erreichen, muß in Abhängigkeit von der Lufttemperatur eine bestimmte Stellung des Trimmhebels gewählt werden. Diese Stellung des Trimmhebels wird üblicherweise aus Tabellen entnommen. Diese Ermittlung und Einstellung des Trimmhebels stellt eine erhebliche Belastung des Piloten dar und birgt die Gefahr einer Fehlbedienung in sich, die im günstigsten Fall dazu führt, daß nicht die volle Leistung des Triebwerkes zur Verfügung steht, und im ungünstigsten Falle zu einer Zerstörung des Triebwerkes durch zu hohe Turbinengastemper at ur en führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese umständliche Ermittlung der für die jeweilige Betriebsart und die jeweiligen Umgebungsbedingungen erforderlichen Trimmhebeleinstellung zu vereinfachen und gegebenenfalls zu automatisieren.

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Die Vorrichtung nach, der Erfindung ist gekennzeichnet, durch einen von Drehzahl, Luftdruck oder Flughöhe und gegebenenfalls Leistungshebelstellung beaufschlagten Rechner zur Bestimmung eines Sollwertes für die Turbinengastemperatur des Triebwerkes, einen Meßfühler zur Messung des Istwertes der Turbinengaatemperatur und eine Einrichtung zum·Erzeugen eines Fehlersignals bei Abweichung des Istwertes von dem so errechneten Sollwert.

Erfindungsgemäß wird also die Turbinengastemperatur unmittelbar gemessen. Außerdem wird durch einen Rechner automatisch der für die jeweilige Betriebsweise gegebene Sollwert der Turbinengastemperatur berechnet und bei Abweichungen von Istwert und Sollwert ein Fehlereignal erzeugt. Dieses Fehlersignal kann eine Anzeigevorrichtung beaufschlagen, beispielsweise je nach Vorzeichen eine von zwei Blinklampen in Tätigkeit setzen, so daß der Pilot das Fehlersignal bei Aufleuchten der einen oder der anderen Blinklampe von Hand durch entsprechende Betätigung des Trimmhebels zum Verschwinden bringen kann. Es könnte natürlich auch eine automatische Regelung erfolgen.

Der Rechner kann einen Funktionsgeber zur Bildung eines ersten Signalanteils als Funktion der Drehzahl enthalten, sowie einen Addierverstärker zur Überlagerung dieses ersten Signalanteils mit einem von Luftdruck und Flughöhe abhängigen zweiten Signalanteil.

Der Funktionsgeber kann in bekannter Weise ein Netzwerk mit einer Parallelschaltung unterschiedlich vorgespannter Dioden aein, welches einen Zweipol bildet, dessen Stromspannungskennlinie sich analog einer vorgegebenen, im vorliegenden Falle empirischen Funktion verhält.

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Der Aufbau solcher Funktionsgeber ist "beispielsweise beschrieben in dem Aufsatz von Donaubauer, Lucius und Negele !'Rechenverstärker" in Elektronik 1966, Heft 8, Seiten 249 ff«

Die Messung der Turbinengastemperatur als Istwert des erfindungsgemäßen Istwert-Sollwert-Vergleichs macht es weiterhin möglich, daß ein vom Istwert der Turbinengastemperatur beaufschlagter G-renzwertschalter vorgesehen ist, durch welchen bei Überschreiten einer maximal zulässigen Turbinengastemperatur ein Warnsignal und/oder ein Kommando zum automatischen Rückstellen des Trimmhebels auslösbar ist.

Um !Fehlbedienungen bei Ausfall irgendwelcher Glieder der Steuerkette zu vermeiden, kann vorgesehen sein, daß für die Berechnung der Sollwerte der Turbinengastemperatur mehrere parallele Kanäle vorgesehen sind, deren Ausgangssignale einer oder mehreren Vergleichsvorrichtungen zugeführt werden und daß die Vergleichsvorrichtungen bei Abweichung der in den verschiedenen Kanälen errechneten Sollwerte voneinander ein Alarmsignal auslösen.

Die Erfindung ist nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Figur 1 zeigt als Blockschaltbild eine Steuerkette für den Plugbereich,

Pigur 2 zeigt als Blockschaltbild eine Steuerkette für den gesamten Betriebsbereich.

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Die Erfindung ist beispielsweise anwendbar bei dem Triebwerk Rolls Roj/Ce "Tyne" MK21 und MK22, wie es in dem Bedienungsund Yfartungshandbuch "Tyne^lä MK21/22 der MA¥-Turb©, München, beschrieben ist.

Die Turbinendrehzahl η wird über ein Anpassungsglied 1 abgenommen und in einem Rechenglied 2 in Gestalt eines funktionsgebera verarbeitet. Am Ausgang des Punktionsgebers 2 ergibt sieh ein erster Signalanteil ₉ der den Sollwert, der- Turbinengastemperatur als Funktion der Drehsahl darstellt, Jedoch ohne Berücksichtigung der Druckhöhe« In einem Rechenglied 3₅ praktisch einem Addierverstärker, wird dieser TurMnengastemperaturwert entsprechend der Druckhöhe korrigiert. Zu diesem Zweck kann über ein Anpassungsglied 4 der statische Druck P₀ von einem "vorhandenen Geber abgenommen werden, und ein entsprechendes Signal auf den Addierrerstärker 3 geschaltet werden. Alternativ ist ein Signalgeber 5 vorgesehen, an welchem der statische Druck nach der Eöhenmesaerablesung eingestellt werden kann. Über einen Schalter 6 kann wahlweise das eine oder das andere Drucksignal aufgeschaltet werden. Am Ausgang des Addierverstärkers 3 erhält man den Sollwert der Turbinengastemperatur für die durch den Leistungshebel vorgegebene Drehzahl η und den statischen Druck p₀. Dieser Sollwert der Turbinengastemperatur kann zur Kontrolle an einer digitalen Anaeigevorrichtung 7 angezeigt werden.

Dieser Sollwert ^ der Turbinengastemperatur wird durch ein Summationsglied 8 mit einem Istwert χ der lurbinengastemperatur verglichen, der von einem Meßfühler über ein Anpassungsglied 9 abgenommen wird. Das Fehlersignal oder die Regelabweichung steuert über ein Summationsglied 10 die elektrischen Ventile 11 und 12 an, die ,je naöh Steuerrichtung eine Blink-

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vorrichtung 13 oder 14 einschalten. Der Pilot nimmt eine Steuerbewegung mit einem Trimmhebel 16 solange vor, bis das Blinksignal erlischt. Er ist daher in der Lage, den Trimmhebel ohne Rechenoperationen oder Zuhilfenahme von Tabelle in die den augenblicklichen Plugbedingungen entsprechende Stellung zu verstellen.

Da das Triebwerk auf eine Verstellung des Trimmhebels mit einer Zeitkonstante anspricht, ist eine, auf die Zeitkonstante des Triebwerks abgestimmte, nachgebende "Rückführung" vorgesehen. Mit dem Trimmhebel ist ein Geber 17 verbunden, der im Augenblick des Versteilens des Trimmhebels über ein elektrisches Ventil 15 ein der Winkelverstellung proportionales Signal^^ einem Summationsglied 10 zuführt, wo dieses Signal dem Regelabweichungssignal ^T entgegengeschaltet ist. Entspricht das Winkelsignal von dem Geber 17 der aur Kompensation der Regelabweichung erforderlichen Größe, so ist das Ausgangssignal des Summationagliedes 10 null. Das Blinken hört also auf. Wird jedoch der Trimmhebel au weit verstellt, so wird sofort ein Gegensignal durch Ansteuerung des entsprechenden elektrischen Ventils 11 bzw· 12 gegeben.

Bei Abklingen des Regelabweichungssignals &T wird über ein elektrisches Ventil 15 dafür gesorgt, daß auch das Signal an dem Summationsglied 10 in entsprechender Weise abklingt. Bei richtiger Trlmmhebelverstellung bleibt deshalb das Ausgangssignal des Sununationsgliedes 10 weiterhin null.

Es ist ferner ein Nachlaufkreis vorgesehen, bestehend aus einem von dem Winkelsignal^^beaufschlagten Verstärker 18 und einem Hachlaufmotor 19* duroh welchen der Stator des Winkelgebers 17 dem mit dem Trimmhebel 16 verbunden Läufer desselben nachgeführt wird. Dieser Nachlaufkreis ist in seiner Zeitkonstante auf die Zeitkonstante des Triebwerkes abgestimmt, so daß das WinkelgebersignalAC(etwa mit der Zeitkonstante des ■Triebwerkes abgebaut wird.

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Figur 2 zeigt als Blockschaltbild eine Steuerkette, die für den gesamten Betriebsbereich, ausgelegt ist. Der Aufbau ist ähnlich wie in Figur 1,und entsprechende Teile sind in Figur 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort. Es ergeben sich jedoch folgende Unterschiede:

Ab einer bestimmten Drehzahl und bei verschiedenen Betriebsarten hat eine Verstellung des Trimmhebels keinen Einfluß mehr auf die Turbinengastemperatur. Es ist deshalb ein Signalgeber 24 vorgesehen, von welchem bei bestimmten Stellungen von Trimmhebel 16 und Leistungshebel 23Schaftsignale abgeleitet werden,- die zum Teil eine Umschaltung auf ein anderes Stellglied, nämlich von dem Trimmhebel 16 auf Steuerung über den Leistungshebel 23 bewirken und zum Teil d-fe Berechnung des Sollwerts der Turbinengastemperatur im Rechner beeinflussen. Das sind folgende Schaltsignales

Schaltsignal a unterdrückt den Einfluß des barometrischen Druckes po auf den im Rechner ermittelten Turbinengastemperatur-Sollwert.

Schaltsignal b gibt einen drehzahlunabhängigen, also nicht mehr von der Drehzahl, sondern nur noch von der Leistungshebelstellung abgeleiteten Turbinengastemperatur-Sollwert vor.

Das Schaltsignal c ist ein winkelproportionales Rückführsignal entsprechend^^*¹- Figur 1, welches aber je nach Betriebsart entweder die Stellung des Trimmhebels oder die Stellung des Leistungshebels angibt. Für Trimmhebel 17 und Leistungshebel 23 sind je ein Nachlaufkreis vorgesehen, der bei dem Trimmhebel entsprechend Figur 1 von dem Verstärker 18 und dem Stellmotor 19 gebildet wird.

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Das Stellungssignal von dem Leistungshebel wird durch einen Geber 22 geliefert. Der Stator des Gebers 22 ist durch einen Nachlaufkreis, be-" stehend aus dem Verstärker 20 und einem Stellmotor 21, einer Verstellung des Leistungshebels nachführbar, und zwar ebenfalls mit einer Zeitkonstante, die an die Zeitkonstante des Triebwerks angepaßt ist.

Signal d bewirkt die Umschaltung der Blinksignale über Signalweichen 25 bzw. 26 von einem Paar von dem Trimmhebel zugeordneten Blinklampen auf ein Paar von dem leistungshebel zugeordneten Blinklampen, je nach dem, über welchen Hebel bei der betreffenden Betriebsart, die Korrektur der Turbinengastemperatur erfolgen muß.

Ein weiteres Merkmal der Anordnung nach Figur 2 ist ein Hultiplikationsglied 20, durch welches von einer bestimmten Drehzahl ab der Koeffizient, mit welchem der Einfluß des barometrischen Druckes po an dem Summierverstärker 3 berücksichtigt wird, veränderbar ist. Das geschieht speziell bei den Betriebsarten "Start" und "höchste Dauerleistung¹¹»

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Brennstoffzufuhr bei Propeller-Turbinen-Luftstrahltriebwerken für luftfahrzeuge mittels eines Leistungshebels und eines Trimmhebels,
gekennzeicimet durch

* einen von Drehzahl (n), Luftdruck (po) oder Flughöhe und gegebenenfalls Leistungshebelstellung beaufschlagten Rechner (2, 3) zur Bestimmung eines Sollwertes (w) für die Turbinengastemperatur des Triebwerkes,

einen Meßfühler zur Messung des Istwertes der Turbinengast emperatur und

eine Einrichtung (8) zum Erzeugen eines ffehlersignala bei Abweichung des Istwertes von dem so errechneten Sollwert»

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner einen Funktionsgeber (2) zur Bildung eines ersten Signalanteils als Punktion der Drehzahl (n) enthält sowie einen Addierverstärker (3) zur Überlagerung dieses ersten Signalanteils mit einem von Luftdruck (po) oder flughöhe abhängigen zweiten Signalanteil.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein von dem ersten Signalanteil beaufschlagtes Multiplikationsglied (20), durch weichte oberhalb einer vorgegebenen Drehaahl (Betriebsarten: "Start" und "höchste Dauerleistung") der KoYfizient der Aufschaltung des luftdruck- oder höhenabhängigen zweiten Signalanteils veränderbar ist.

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Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein vom Leistungshebel (23) auslb'sbares Schaltsignal (a) der luftdruck- oder flughöhenabhängige Signalanteil unterdrückt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl ein nur noch von der Leisungshebelsteilung abhängiger Sollwert (b) für die Turbinengastemperatur vorgegeben wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fehlersignal ein von der Leistungshebel- und/oder Trimmhebelverstellung abgeleitetes nachgebendes Rückführsignal (4^) entgegengeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal je nach Vorzeichen eines von zwei Anzeigegliedern, beispielsweise Blinklampen, in Tätigkeit setzt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei P#are von Anzeigegliedern vorgesehen sind, von denen das erste dem Trimmhebel und das zweite dem Leistungshebel zugeordnet ist und daß in Abhängigkeit von den Stellungen des Leietungs- und des Trimmhebels (23 bzw. 17) das Pehlersignal (Aj) über Signalweichen (25, 26) auf das erste oder auf das zweite Paar von Anzeigegliedern aufschaltbar iat.

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