DE19545987C2 - Überdrehzahlschutz für ein Turbo-Strahltriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Überdrehzahlschutz für ein Turbo-Strahltriebwerk, mit einem Hauptzumessventil zur einstellbaren Treibstoffzufuhr zum Triebwerk, einem Differenzdruckregler zum Regeln der Druckdifferenz am Hauptzumessventil und ei­ nem Sicherheitsrückführventil für eine Treibstoffableitung vor dem Hauptzumessven­ til bei einer Überdrehzahl des Triebwerks.

Der Schutz vor Überdrehzahlen beim Betrieb eines Triebwerks unter Normalbedin­ gungen wird über Regelkreise und Steuereinheiten, die auf das Hauptzumessventil einwirken, erreicht und ist in der Patentschrift DE 38 30 805 C2 beschrieben. Ein Schutz vor Überdrehzahlen bei unvorhergesehenen Fehlfunktionen des Hauptzu­ messventils, mit dem die Treibstoffzufuhr für das Triebwerk eingestellt wird, wird bisher unabhängig von dem Hauptzumessventil und seinen Steuer- und Regelkreisen von einem Sicherheitsrückführventil gewährleistet, das durch sein Öffnen den Treib­ stoff über einen Bypass in der Treibstoffzuleitung zum Hauptzumessventil, noch be­ vor der Treibstoff das Hauptzumessventil erreicht, teilweise oder vollständig in Ab­ hängigkeit vom Überschwingverhalten des Triebwerks zum Treibstoffvorratsbehälter zurückführt. Die über den Bypass abgezweigte Menge des Treibstoffs wird durch das Sicherheitsrückführventil so gesteuert, dass die Drehzahl des Triebwerks auf einem gegebenen maximalen Drehzahlwert stabilisiert und fixiert wird. Dieser Triebwerks­ zustand wird im folgenden als Notlauf bezeichnet. Ein Zugriff über den Gashebel des Piloten ist bisher nur auf das Hauptzumessventil bzw. seine Steuer- oder Regelkreise möglich, so dass bei Fehlfunktionen des Hauptzumessventils und nach Ansprechen des unabhängig agierenden Sicherheitsrückführventils die Turbine konstant mit der zulässigen maximalen Drehzahl im Notlauf betrieben wird, und sich die Zugriffsmög­ lichkeit nur noch auf eine Triebwerksabschaltung beschränkt. Nachteilig wird dem­ nach bisher für jeden zu überwachenden Parameter, wie beispielsweise Niederdruck­ turbinendrehzahl oder Hochdruckturbinendrehzahl nur eine konstante maximal zu­ lässige mechanische Drehzahl vorgeben, auf die das Sicherheitsrückführventil die Drehzahlen regelt. Damit ist der Nachteil im Stand der Technik verbunden, dass kei­ ne Modulations- oder Eingriffsmöglichkeit für den Piloten besteht, wenn auf das Si­ cherheitsrückführventil umgeschaltet und das Triebwerk im Notlauf stationär überhitzt wird, so dass partielle Sekundärschäden nicht auszuschließen sind, da es sich nur um eine Begrenzung der maximal zulässigen mechanischen Drehzahl handelt. Beim Umschalten und Ansprechen des Sicherheitsrückführventils bisher bestehen erhebliche Gefahren für das Triebwerk. Da das Ansprechen des Sicherheitsrückführ­ ventils bisher, wie oben beschrieben, von einem Überschwinger über die maximal zulässige Drehzahl abhängt, tritt beim Umschalten ein beträchtlicher Überschwinger über die maximal zulässige Drehzahl auf, bis der Treibstoff auf den tatsächlich benö­ tigten Treibstoffsollwert zurückgeregelt ist. Dabei muss die maximal zulässige Dreh­ zahl so ausgelegt werden, dass es unter keinen Umständen zu einem Überschreiten der maximalen Scheibendrehzahl (Zerplatzen einer Scheibe) während des Über­ schwingers kommt. Dies kann unter Umständen dazu führen, dass das Triebwerk in unkritischen Bereichen nicht bis an seine Grenzen gefahren werden kann.

Besonders gravierende Überhitzungen können beim bisherigen Schutzsystem mit den vorgegebenen fixierten Drehzahlmaximalwerten auftreten, wenn das Triebwerk zum Zeitpunkt einer Fehlfunktion des Hauptzumessventils bei einer vorgegebenen niedrigen Betriebsdrehzahl betrieben wird, da in diesem Fall das Triebwerk in relativ kurzer Zeit auf die maximal zulässige Drehzahl ohne Rücksicht auf Überhitzungen durch das Sicherheitsrückführventil beschleunigt wird.

Eine weitere Gefahr einer Triebwerksinstabilität beim bisherigen Schutzsystem mit einem unabhängigen Sicherheitsrückführventil besteht darin, dass beispielsweise nur eine Teilfunktion des Hauptzumessventilsystems, wie die Konstanthaltung des Diffe­ renzdruckes über dem Hauptzumessventil, ausfällt. Bei derartigen Störfällen arbeitet das Hauptzumessventil zwar noch, aber mit einer steileren Kennlinie, für die die Steuer- und Regelkreise des Hauptzumessventils nicht ausgelegt sind, so dass Pumpeffekte, instabiles Überschwingen und Überhitzungen auftreten können, die zu einer teilweisen oder vollständigen Schädigung des Triebwerks führen können.

Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik ist, dass bisher das Sicherheitsrück­ führventil mit einer Steuerlogik entsprechend einem PI-Regler angesteuert wird. Ein PI-Regler hat den Nachteil, dass der integrale Anteil, der am Ende den benötigten Treibstoffsollwert bildet, über eine Soll-Istabweichung (Überschwinger) aufgebaut werden muss, d. h. die Größe des Überschwingers ist abhängig vom aktuellen Treib­ stoffverbrauch. Weiterhin ist das Einschwingverhalten eines PI-Reglers von mehrfa­ chen Über- und Unterschwingern gekennzeichnet. Insbesondere die Unterschwinger bergen die Gefahr einer Triebwerksverlöschung.

Ein aus der US-PS 4 987 737 bekannter Überdrehzahlschutz für ein Turbo- Strahltriebwerk enthält ein Hauptzumessventil zur einstellbaren Treibstoffzufuhr zum Triebwerk, ein Differenzdruckregler zum Regeln der Druckdifferenz am Hauptzu­ messventil und ein Sicherheitsrückführventil für eine Treibstoffableitung vor dem Hauptzumessventil bei einer Überdrehzahl des Triebwerks. Hierbei ist ferner vorge­ sehen, dass die Steuerung des Druckabfalls über dem Hauptzumessventil und die Steuerung bei Überdrehzahlen von einem Überdrehzahlbegrenzer durchgeführt wird, der hierzu das Sicherheitsrückführventil steuert (Spalte 4, Zeilen 4 bis 8 der US-PS 4 987 737). Dies bedeutet z. B., dass im Fall einer Überdrehzahl keine Druckdifferenz­ steuerung über dem Hauptzumessventil stattfindet, sondern ein Öffnungsschritt des Sicherheitsrückführventils in der Treibstoffableitung vor dem Hauptzumessventil er­ folgt (Spalte 4, Zeilen 38 bis 50 der US-PS 4 987 737). Im Anschluss daran ist in der genannten Entgegenhaltung ferner deutlich herausgestellt, dass es ein wesentliches Merkmal der darin behandelten Ausgestaltung des Überdrehzahlschutzes ist, dass der Überdrehzahlbegrenzer während des Normalbetriebs des Triebwerks immer zum Steuern der Druckdifferenz dient.

Der aus der US-PS 4 987 737 bekannte Überdrehzahlschutz hat den wesentlichen Nachteil, dass damit ein Triebwerk beim Auftreten einer Überdrehzahl nicht mehr steuerbar ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen gattungsgemäßen Überdrehzahl­ schutz anzugeben, der die obigen Nachteile im Stand der Technik überwindet und die Steuerbarkeit des Triebwerks trotz Fehlfunktionen einzelner Komponenten zumin­ dest in Grenzen aufrechterhält.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Differenzdruckregler zum Konstanthal­ ten der Druckdifferenz am Hauptzumessventil direkt mit einer Treibstoffrücklaufleitung verbunden ist, und dass das Sicherheitsrückführventil in Abhängigkeit vom Be­ triebszustand des Triebwerks über einen Rechner derart steuerbar ist, dass durch das Sicherheitsrückführventil Teilfunktionen des Hauptzumessventils zur Aufrechter­ haltung der Steuerbarkeit des Triebwerks bewirkbar sind.

Dazu steht für das Erkennen einer Fehlfunktion, wie bisher, die Überwachung der Triebwerksdrehzahlen mittels Sensoren zur Verfügung. Bei einem Aufprägen von Teilfunktionen des Hauptzumessventils auf das Sicherheitsrückführventil durch einen die Fehlfunktion erkennenden Rechner, kann die bisher äußerst riskante Umschal­ tung vom Hauptzumessventil auf das Sicherheitsrückführventil abgemildert werden. Die Maßnahme bei einem Übergang von einer Steuer- und Regelung der Treibstoffzu­ fuhr durch das Hauptzumessventil auf eine Steuer- und Regelung der Treibstoffzufuhr durch Aufprägen von Teilfunktionen auf das Sicherheitsrück­ führsystem stellt sicher, daß das Triebwerk in Grenzen steuerbar bleibt, Instabilitäten unter­ drückt werden, temporäre Überhitzungen mit der Gefahr von Triebwerksbränden vermindert werden und stationäre Überhitzungen vermieden werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Rechner einen PID-Regler auf, für den ein Verzögerungsregelkreis mit höchster Priorität gegenüber den drehzahlbezogenen Signalen ein Eingangssignal bildet, und der als Ausgangssignal einen Treibstoffsollwert für das Sicherheitsrückführventil vorgibt. Damit wird die bisher für das Hauptzumeßventil übliche Prioritätenliste, wie sie auch aus DE-38 30 805 C2 bekannt ist, bei der drehzahlbezogene Daten mit höchster Priorität abgearbeitet werden auf den Kopf gestellt. Das hat den Vorteil, daß nach einem Überschwingen und dem Ansprechen der Regelung des Sicherheitsrückführventils der Überschwinger in der Drehzahl mit höchster Priorität gedämft oder verzögert wird und auf einen Sollwert ohne jeden Unterschwinger und ohne ein mehrfaches Überschwingen zurückge­ führt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist der Rechner einen PID- Regler auf, dem als Eingangssignal eine Vorsteuerfunktion für den Treibstoffsollwert zuge­ schaltet ist, die aus den Betriebsdaten der Turbine mittels des Rechners berechnet und mit ei­ nem Faktor gewichtet wird. Diese Maßnahme, die mit den bisher eingesetzten hydromechani­ schen oder elektrisch-analogen Steuer- und Regelkreisen nicht realisierbar ist, hat den Vorteil, daß die Höhe der Treibstoffzufuhr durch die Vorsteuerfunktion grob mit einer Sicherheitsvor­ gabe durch den Faktor eingestellt wird und nur noch eine verbleibende minimale Differenz zur Betriebsdrehzahl durch das Sicherheitsrückführventil auszuregeln ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Ventilstellungssoll­ wert des Hauptzumeßventils nach unten begrenzt, wobei die Begrenzung aus dem aktuellen Treibstoffverbrauch, aus den Betriebsdatern der Turbine mittels des Rechners berechnet und mit einem Verkleinerungsfaktor gewichtet wird, und die weitere Regelung der Treibstoffzu­ fuhr über das Sicherheitsrückführventil mit dem Rechner erfolgt. Mit der Ventilstellungssollwertbegrenzung des Hauptzumeßventils nach unten wird vorteilhaft erreicht, daß das Hauptzu­ meßventil bei einem Ausfall des Differenzdruckreglers daran gehindert wird, mit einer steile­ ren Kennlinie weiterzuarbeiten und das Triebwerk in nicht mehr kontrollierbare Instabilitäten zu fahren. Die Regelung und Steuerung in dem nicht mehr vom Hauptzumeßventil beherrsch­ baren Bereich der Treibstoffzufuhr übernimmt automatisch das Sicherheitsrückführventil.

Vorzugsweise ist bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein An­ sprechschwellenwert für eine Überwachungsdrehzahl N_ü über eine Nachführungslogik an die jeweilige betriebsbedingte Drehzahl mit minimaler Differenz angepaßt. Mit dieser Vorrich­ tungsvariante wird entgegen dem bisherigen Vorrichtungskonzept keine fixierte maximale Drehzahl vorgegeben, sondern eine Drehzahldifferenz für das Ansprechen und die Übernahme durch das Sicherheitsrückführventil definiert, die den jeweiligen Betriebsdrehzahlen mit Hilfe des Rechners nachgeführt wird.

Dazu ist vorzugsweise ein Ansprechschwellenwert für eine Überwachungsdrehzahl N_ü mittels einer Maximalwertverknüpfung (MAX), einer Minimalwertverknüpfung (MIN) und einer Rückführung (31) eines letzten Vergleichswertes der Maximalwertverknüpfung (MAX), an einen vom Piloten vorgebbaren Drehzahlsollwert (N_soll) und die Istdrehzahl (N_ist) des Trieb­ werks angepaßt, wobei in der Minimalwertverknüpfung (MIN) die Istdrehzahl (N_ist) mit dem rückgeführten letzten Vergleichswert verglichen wird und der kleinere der beiden Werte in der Maximalwertverknüpfung (MAX) mit dem Drehzahlsollwert (N_soll) verglichen wird und der größere der beiden Werte einen neuen Vergleichwert bildet, so daß ein ständig nachgeführter Ansprechsollwert für die Überwachungsdrehzahl (N_ü) zur Verfügung steht.

Das Erkennen von Fehlfunktionen ist mit der erfindungsgemäßen Lösung nicht an zusätzliche Überwachungssensoren beispielsweise des Hauptzumeßventils gebunden, sondern die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung erkennt vorzugsweise eine Fehlfunktion durch einen Drehzahlüber­ schwinger über einen nachgeführten Ansprechschwellenwert. Das hat den Vorteil, daß die Überwachungssensoren wie bisher beibehalten werden können und aus der Triebwerksreak­ tion Fehlfunktionen unabhängig erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.

Hauptsächlich werden Fehlfunktionen des Triebwerks und damit Drehzahlüberschwinger durch Ausfall des Differenzdruckreglers des Hauptzumeßventils oder durch Ausfall der Ven­ tilverstellung ausgelöst. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden diese Fehlfunktionen durch das Sicherheitsrückführventil mit vorgeschaltetem Rechner derart abgefangen, daß die temporär auftretende maximale Überdrehzahl und Übertemperatur minimiert wird, das Trieb­ werk keine stationäre Überhitzung erfährt, nicht in unkontrollierbare Instabilitäten fällt und steuerbar bleibt.

Die nachfolgenden Figuren und Beispiele sollen die Erfindung an Hand von bevorzugten Aus­ führungsformen näher erläutern.

Fig. 1 zeigt eine schematische Übersicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Rechner, der ein Sicherheitsrückführventil steuert.

Fig. 2 zeigt Eingangssignalverknüpfungen für einen PID-Regler in dem Rechner zur Vorgabe eines Treibstoffsollwertes für das Sicherheitsrückführventil.

Fig. 3 zeigt eine logische Verknüpfung zur Nachführung eines Überwachungs- oder An­ sprechwertes für die Triebwerksdrehzahl.

Fig. 4 zeigt einen beispielhaften Drehzahlverlauf mit Nachführung des Ansprechschwellen­ wertes für die Triebwerksdrehzahl gemäß der logischen Verknüpfung nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt eine schematische Übersicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Rech­ ner 15 der ein Sicherheitsrückführventil 12 steuert. In dieser Übersicht sind treibstofführende Leitungen 2, 3, 6, 11, 13, 17, 19 und 20 mit Doppellinien gezeichnet und die Hauptflußrichtung des Treibstoffs innerhalb der Leitungen mit einem Pfeil gekennzeichnet. Signalleitungen 8, 10, 14 und 16 sind einfach liniert dargestellt.

Der Treibstoff aus dem Treibstoffvorratsbehälter 1 wird über eine Zuleitung 2 einer Treibstoffpumpe 4 zugeführt, die für einen entsprechenden Überdruck in der Überdruckleitung 17 sorgt. Die Überdruckleitung 17 führt den Treibstoff einem Hauptzumeßventil 7 zu. Dieses Hauptzu­ meßventil weist eine Ventilverstellungseinrichtung 18 und einen Differenzdruckregler 5 auf. Der Differenzdruckregler 5, der parallel zu der Ventilverstellungseinrichtung 18 an die Treib­ stoffleitung angeschlossen ist, mißt über die Leitungen 3 und 19 die Druckdifferenz vor bzw. hinter der Ventilverstellungseinrichtung 18 und regelt eine konstante Druckdifferenz mit Hilfe der Rücklaufleitung 6 zum Treibstoffvorratsbehälter 1. Aufgrund der stabilisierten Druckdiffe­ renz in dem Hauptzumeßventil 7, wird ein reproduzierbarer Treibstofffluß mit Hilfe der Ven­ tilverstellungseinrichtung 18 erreicht. Die Ventilverstellung wird durch ein Regel- und Steu­ ergerät 9 über die Signalleitung 8 gesteuert, das seinerseits Betriebszustandsparameter über die Signalleitungen 10 von dem nicht gezeigten Triebwerk empfängt und mit vorgegebenen Soll­ betriebswerten vergleicht.

Über die Signalleitungen 16 erhält der Rechner 15 Signale, die den Betriebszustand des Trieb­ werks kennzeichnen, insbesondere Drehzahlwerte der Triebwerkswellen, wie die Hochdruck­ turbinendrehzahl und/oder die Niederdruckturbinendrehzahl. Mit Hilfe derartiger Daten er­ kennt der Rechner 15 Fehlfunktionen des Hauptzumeßventils, insbesondere, wenn ein Über­ schwingen der Drehzahl über einen vorgegebenen Sollwert hinaus auftritt. In diesem Fall werden erfindungsgemäß dem Sicherheitsrückführventil 12 Teilfunktionen des Hauptzumeß­ ventils 7 zur Aufrechterhaltung der Steuerbarkeit des Triebwerks aufgeprägt. Dazu öffnet das Sicherheisrückführventil 12 und läßt teilweise den Treibstoff über die Treibstoffrückflußlei­ tung 13 in den Treibstoffvorratsbehälter 1 zurückströmen.

Der Treibstoffsollwert, der von dem Sicherheitsrückführventil 12 einzuhalten ist, wird über einen PID-Regler 21, dessen Eingangssignalverknüpfungen in Fig. 2 gezeigt werden, geregelt. Im Gegensatz zum Hauptzumeßventil 7 und den bisher bekannten Lösungen, erhält der Ver­ zögerungsregelkreis über den Verknüpfungspunkt V₁ mit den Eingangswerten für eine maxi­ male Verzögerung V_max und eine Ist-Beschleunigung B_ist und über die Maximumverknüp­ fungsstelle MAX, wie es in Fig. 2 gezeigt wird, die höchste Priorität gegenüber den drehzal­ bezogenen Parametern, wie maximale Drehzahl N_max, Ist-Ddrehzahl N_ist, Solldrehzahl N_soll oder entsprechende Beschleunigungswerte, wie B_max und B_ist, die über die Verknüpfungspunk­ te V₂, V₃ und V₄ verbunden werden und über die Minimumverknüpfungsstelle MIN der Maxi­ mumverknüpfungsstelle MAX zugeführt werden. Mit dieser Eingangssignalverknüpfung für den PID des Rechners 15 wird sichergestellt, daß ein Drehzahlüberschwinger mit ausreichen­ der Verzögerung abgebaut wird, so daß ein Durchschwingen oder ein Aufschaukeln der Schwingungen unterbunden wird.

Fig. 2 zeigt darüber hinaus, daß der PID-Regler 21 im Rechner mit einer Vorsteuerfunktion be­ aufschlagt wird. Dazu wird aus empirischen Daten und Funktionen, sowie gemessenen Istwer­ ten, wie Niederdruckturbinendrehzahl und/oder Hochdruckturbinendrehzahl, Staudruck am Einlauf und Temperatur am Einlauf, ein erforderlicher Treibstoffverbrauch berechnet und als Signal T_ein einem Proportionalstellglied 22 zuführt, das diesen Wert beispielweise mit dem Faktor 1,1 bis 1,3 multipliziert oder wichtet und als Vorsteuersignal T_aus im Falle einer Akti­ vierungung des Sicherheitsrückführventils 5 an den PID-Regler 21 im Rechner 15 ausgibt. Folglich muß der PID-Regler 21 nur noch die verbleibende Treibstoffdifferenz von 10 bis 30 % bis zum Treibstoffsollwert T_soll, entsprechend einem Drehzahlsollwert, ausregeln.

Fig. 3 zeigt eine logische Verknüpfung zur Nachführung eines Überwachungs- oder An­ sprechwertes N_ü für die Triebwerksdrehzahl, bei der auf die Regelung des Sichwerheitsrück­ führventils 12 über den Rechner 15 umgeschaltet wird. Dieser Überwachungs- oder Ansprech­ wert liegt im Stand der Technik auf oder geringfügig unter der maximal zulässigen Drehzahl N_max des Triebwerks, die fest vorgegeben ist, um gravierende Beschädigungen des Triebwerks zu vermeiden. Mit Fig. 3 wird eine erfindungsgemäße logische Verknüpfung vorgestellt, die in den Rechner 15 eingebaut ist und bereits eine relativ frühzeitige Übernahme der Steuerung durch das Sicherheitsrückführventil 12 sicherstellt, ohne dabei triebwerkseigene Daten zu verwenden. Der große Vorteil der Nachführung besteht darin, daß keine triebwerkseigenen Daten verwendet werden, und somit auch keine aufwendigen Triebwerkstestfahrten erforder­ lich sind, um derartige Triebwerksdaten zu bestimmmen und zu bestätigen. Der Überwa­ chungs- und Ansprechwert N_ü liegt um die Drehzahldifferenz ΔN höher als der Drehzahlsoll­ wert N_soll oder der Drehzahlistwert N_ist je nach dem, welcher der Werte größer ist, was durch die MAX-Verknüpfung in Fig. 3 entschieden wird. Um ein Hochlaufen des N_ü-Wertes bei fehlerbedingtem Hochlaufen des Triebwerks zu verhindern, wird über die Rückführung 31 der letzte Wert mit dem Drehzahlistwert in dem MIN-Verknüpfungspunkt der Fig. 3 verglichen, so daß das fehlerhafte Hochlaufen des Triebwerks erkannt wird und N_ü eingefroren wird.

Einen beispielhaften Drehzahlverlauf mit Nachführung des Überwachungswertes N_ü für die Triebwerksdrehzahl gemäß der logischen Verknüpfung nach Fig. 3 zeigt Fig. 4. Die Zeitachse ist mit t gekennzeichnet und die Drehzahlachse mit N. Der Sollwert N_soll und der Istwert N_ist sind am Anfang für t = 0 in diesem Beispiel gleich, d. h. es wird von einem stätionären oder ausgeglichenen Betriebszustand ausgegangen. Zum Zeitpunkt t₀ wird durch Eingriff des Pilo­ ten die Solldrehzahl vermindert. Die Istdrehzahl N_ist folgt nicht diesem Sprung im Sollwert, sondern nimmt beispielweise linear ab. Noch bevor der untere durch den Piloten vorgegebene Sollwert erreicht ist, soll beispielsweise im Zeitpunkt t₁ eine Fehlfuktion auftreten, die die Istdrehzahl N_ist hochfahren läßt, so daß sie entsprechend N_istF zunimmt. Im Augenblick des Störfalls bleibt die Überwachungsdrehzahl N_ü auf dem zuletzt berechneten Wert N_üF aufgrund der logischen Verknüpfungen nach Fig. 3 stehen. Sollte die Istdrehzahl unverändert zuneh­ men, so übernimmt spätestens zum Zeitpunkt t₂ das Sicherheitsrückführventil 12 alle Steuer­ funktionen für die Steuerung des Treibstoffs für das Triebwerk mit Hilfe des Rechners 15 und regelt den Treibstoff soweit herunter, daß die Istdrehzahl in Pfeilrichtung A bis zum Sollwert N_soll abnimmt. Auch ein erneutes kontrolliertes Hochfahren der Drehzahl zum Zeitpunkt t₄ ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung über das Sicherheitsrückführventil 12 möglich.

Als Vergleich ist in dem Diagramm der Fig. 4 nach der Fehlfunktion bei t₁ ein gestrichelter Verlauf des Hochlaufens des Triebwerks in Pfeilrichtung B erläutert, wie er mit bekannten Si­ cherheitsmaßnahmen verlaufen würde, so daß erst bei t₃ ein Umschalten auf das Sicherheits­ rückführventil erfolgen kann, wobei ein Überschwingen unvermeidlich wird und das Trieb­ werk auf der maximalen Überwachungsdrehzahl N_maxü gehalten wird, bis der Pilot das Trieb­ werk vollständig abschaltet oder das Hauptzumeßventil 7 seine Funktion unerwarteterweise wieder aufnimmt.

Claims (7)

1. Überdrehzahlschutz für ein Turbo-Strahltriebwerk, mit einem Hauptzumessventil zur einstellbaren Treibstoffzufuhr zum Triebwerk, einem Differenzdruckregler zum Regeln der Druckdifferenz am Hauptzumessventil und einem Sicherheitsrück­ führventil für eine Treibstoffableitung vor dem Hauptzumessventil bei einer Über­ drehzahl des Triebwerks, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruckregler (5) zum Konstanthalten der Druckdifferenz am Hauptzumessventil (7) direkt mit einer Treibstoffrücklaufleitung (6) verbunden ist, und dass das Sicherheitsrück­ führventil (12) in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Triebwerks über einen Rechner (15) derart steuerbar ist, dass durch das Sicherheitsrückführventil (12) Teilfunktionen des Hauptzumessventils (7) zur Aufrechterhaltung der Steuerbar­ keit des Triebwerks bewirkbar sind.

2. Überdrehzahlschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rech­ ner (15) einen PID-Regler (21) aufweist, für den ein Verzögerungsregelkreis mit höchster Priorität gegenüber den drehzahlbezogenen Signalen ein Eingangssignal bildet und der als Ausgangssignal ein Treibstoffsollwert (T_soll) für das Sicherheits­ rückführventil (12) vorgibt.

3. Überdrehzahlschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (15) einen PID-Regler (21) aufweist, dem als Eingangssignal eine Vor­ steuerfunktion für den Treibstoffsollwert (T_soll) zugeschaltet ist, die aus den Be­ triebsdaten des Triebwerks mittels des Rechners (15) berechnet und mit einem Faktor gewichtet wird.

4. Überdrehzahlschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstellungssollwert des Hauptzumessventils (7) nach unten begrenzt ist, wobei die Begrenzung aus dem aktuellen Treibstoffverbrauch, aus den Be­ triebsdaten des Triebwerks mittels des Rechners (15) berechnet und mit einem Verkleinerungsfaktor gewichtet wird, und die weitere Regelung der Treibstoffzu­ fuhr über das Sicherheitsrückführventil (12) mit dem Rechner (15) erfolgt.

5. Überdrehzahlschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansprechschwellenwert für eine Überwachungsdrehzahl (N_ü) über eine Nachführungslogik an die jeweilige betriebsbedingte Drehzahl mit minimaler Dif­ ferenz (ΔN) angepasst ist.

6. Überdrehzahlschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansprechschwellenwert für eine Überwachungsdrehzahl (N_ü) mittels ei­ ner Maximalwertverknüpfung (MAX), einer Minimalwertverknüpfung (MIN) und einer Rückführung (31) eines letzten Vergleichswertes der Maximalwertverknüp­ fung (MAX), an einen vom Piloten vorgebbaren Drehzahlsollwert (N_soll) und die Istdrehzahl (N_ist) des Triebwerks angepasst ist, wobei in der Minimalwertverknüp­ fung (MIN) die Istdrehzahl (N_ist) mit dem rückgeführten letzten Vergleichswert verglichen wird und der kleinere der beiden Werte in der Maximalwertverknüp­ fung (MAX) mit dem Drehzahlsollwert (N_soll) verglichen wird und der größere der beiden Werte einen neuen Vergleichwert bildet, so dass ein ständig nachgeführ­ ter Ansprechsollwert für die Überwachungsdrehzahl (N_ü) zur Verfügung steht.

7. Überdrehzahlschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlüberschwinger über einen nachgeführten Ansprechschwellen­ wert eine Fehlfunktion kennzeichnet.