DE1964056A1

DE1964056A1 - Einlass-Steuersystem

Info

Publication number: DE1964056A1
Application number: DE19691964056
Authority: DE
Inventors: Marvin Ira Edward
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-12-23
Filing date: 1969-12-22
Publication date: 1970-07-02
Also published as: BE743399A; FR2026964A1; GB1285086A; US3533238A

Description

Die Einlaßluft für luftbetriebene Turboproptriebwerke muß bei einer Geschwindigkeit unterhalb der Schallgeschwindigkeit zugeführt werden. Daher ist es notwendig, während des Überschallfluges die in das Einlaßsystem eintretende Luft abzubremsen. Dieses Abbremsen wird gewöhnlich mit Hilfe eines konvergierenden-divergierenden Überschalldiffusors erreicht. In fast allen Fällen ist der Betrieb eines solchen Einlasses bei den Geschwindigkeiten des Überschallfluges begleitet durch eine normale Schockwelle, d.h. eine Schockwelle, die senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung ist und in der die Strömung unmittelbar strömungsaufwärts von der Welle Überschallgeschwindigkeit und unmittelbar strömungsabwärts davon Unterschallgeschwindigkeit besitzt. Wenn diese normale Schockwelle sich an der Verengung oder der minimalen Querschnittsfläche des Diffusora befindet, so daß die ganze Unterschall-

009827/1375

1364056

strömuag sich in dem divergierenden Teil des Einlasses befindet (d.h. dem Unterschall-Teil des Diffusors), dann arbeitet der Einlaß mit seiner maximalen oder optimalen Luftaufnahmekapazität und dieser Betrieb wird der kritische Betrieb genannt. Wenn andererseits die normale Schockwelle sich strömungsabwärts von der Einlaßverengung befindet oder von dem Diffusor verschluckt wird, ist es möglich, daß man eine überkritische Arbeitsweise zu einem solchen Ausmaße hat, daß die Strömungsgeschwindigkeiten in dem Einlaß sogar noch höher sind als in der freien Strömung und man erhält eine damit

P einhergehende Verringerung in der Rückgewinnung des Einlaßdruckes. Entgegengesetzt dazu wird bei der unterkritischen Betriebsweise die normale Schockwelle ausgestoßen, d.h. der Einlaß versucht mehr Luft zu liefern als das Triebwerk erfordert und schafft dadurch einen Zustand hohen Strömungswiderstandes am Einlaß infolge hoher Abströmverluste hinter der außerhalb des Einlasses stehenden normalen Schockwelle. Um eine Situation zu erhalten, in der die Versorgung durch den Einlaß gleich dem Bedarf des Triebwerkes ist (d.h. die kritische Betriebsweise kann erreicht werden) wird das Einlaßsystem konventionellerweise mit Vorrichtungen zur Variierung der Einlaßkapazität ausgestattet, beispielsweise dadurch, daß

^ überschüssige Luft durch den Einlaßdiffusor aufgenommen und

um das Triebwerk herum durch Hilf sauspuff leitungen geführt wird.

Zusätzlich zur Erzielung eines Betriebes im stationären Zustand mit hohem Wirkungsgrade über einen großen Bereich von Flugzuständen muß ein Einlaßsystem und seine Regelung plötzliche vorübergehende Veränderungen (transients) ±m Luftstrom zu dem Triebwerk aufnehmen, wie sie beispielsweise durch plötzliche Flugmanöver oder durch die Auslösung von erhöhten Triebwerksleistungen verursacht werden können, um das Heraustreiben der aerodynamischen Schockwelle aus den Einlaß und den daraus resultierenden Schubverlust zu verhindern. Die Maßnahmen nach dem Stand der Technik zur Aufnahme dieser vorübergehenden Änderungen haben beinhaltet:

009827/1375 ^ftAD ORIGINAL

1. Eine solche Betriebsweise des Einlaßsystems, daß die Front der Schockwelle sich strömungsabwärts von der kritischen Stellung befindet; dadurch wurde ein Sicherheitsfaktor für die Stabilität erhalten, der ausreichend war, um Störungen im Einlaß und im Triebwerk aufzunehmen,

2. die Vorgabe eines Machzahl-Signals für dynamische Kompensation auf die Einlaßregelung, das man an dem Einlaßkanal vor den Bypass-Ventilen an dem Einlaßsystem erhielt, und

3. eine Vorgabe eines Drucksignals für eine dynamische Kompensation, das man am Einlaß zu dem Triebwerk erhielt, auf die Steuerung für die Luftumleitklappe (bypass door control).

jedes dieser erwähnten Verfahren hat jedoch seine Nachteile. Das erste erwähnte Verfahren erfordert, daß das Einlaßsystem an einem Punkt betrieben wird, der nicht bei dem optimalen Wirkungsgrad liegt. Es wird vorgezogen, die zweite und dritte erwähnte Technik zu vermeiden, da die erforderlichen Druckmeßfühler vor dem Triebwerk angeordnet werden würden, wo sie der Vereisung unterliegen und da sie auch im Falle eines Defektes eine Gefahr für das Triebwerk darstellen. Zusätzlich dazu liefert keine der beiden letzten erwähnten Methoden eine so genaue Anzeige der vorübergehenden Änderungen in der Luftströmung zum Triebwerk oder eine so schnelle Reaktion auf Störungen am Triebwerk wie dies erwünscht ist. Weiterhin ist der Verlauf der Luftströmung in dem Einlaßsystem vor dem Triebwerk beträchtlichen Verzerrungen unterworfen im Ergebnis von Flugmanövern, so daß vor dem Triebwerk abgenommene Drucksignale zu bestimmten Zeiten sehr ungenau sind.

Im Hinblick auf die oben aufgeführten Probleme ist es daher erwünscht, eine Regelung für das Einlaßsystem zu erhalten, welches vorübergehenden Änderungen im Triebwerk gerecht wird und doch nahe genug an dem kritischen Punkt arbeitet, um die ■axiaal mögliche Wiedergewinnung des Einlaßdruckes zu erhalten.

...... 009827/1375

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Überschalle inlaßsystem mit einer Steuerung zu liefern, wodurch die variable Geometrie des Systems auf plötzliche Änderungen in der Luftströmung zum Triebwerk anspricht.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine solche Steuerung zu erhalten, bei der die Signale für dynamische Kompensation unmittelbar am Triebwerk erhalten werden und proportional dem Luftstrombedarf zum Triebwerk und den Änderungen des Luftstroms sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Übe rsc ha He inlaßsystem für ein Turboproptriebwerk geliefert mit Vorrichtungen zur Anpassung der Luftströmung am Triebwerkseinlaß an den Luftbedarf des Triebwerks zur Auf rechterhaltuns des Wirkungsgrades des Einlasses, verbesserten Vorrichtungen zur Variierung der Luftströmung an dem Triebwerkseinlaß, Steuervorrichtungen zur Betätigung dieser Vorrichtungen zur Variierung der Luftströmung, um die Schockwelle in dem Einlaß in ihrer optimalen Lage zu halten und Vorrichtungen, die proportional auf die Änderungsgeschwindigkeit des Luftbedarfs des Triebwerks ansprechen und die Steuervorrichtung zu einer Betätigung der Vorrichtungen zur Variation der Luftströmung mit " einer Geschwindigkeit veranlassen, die proportional ist zu

der Geschwindigkeit, mit der sich der Luftbedarf ändert.

Als beispielhafte Ausführungsform wird nunmehr eine Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Triebwerkeinlasses und seines Steuersystems.

Figur 2 ist eine Kurvendarstellung, welche die Betriebscharakteristik eines typischen Kompressors mit axialer Strömung zeigt.

0 0 9 8 2 7/1375 _BAD

Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines Meßfühlers für die Lage der Schockwelle und seine Betriebsweise.

Figur 4 ist eine Kurve, welche die Betriebscharakteristik des in Figur 3 gezeigten Meßfühlers für die Messung der Lage der Schockwelle zeigt.

Figur 5 ist eine schematische Darstellung, welche eine alternative Ausführungsform des Steuersystems für den Lufteinlaß wiedergibt.

Figur 1 zeigt schematisch ein typisches Turbokompressor-Triebwerk 30, das mit einem überschalleinlaßsystem 32 vereinigt ist. Das Einlaßsystem 32 umfaßt einen konvergierendendivergierenden Diffusor 34, dessen Querschnitt der Engstelle 36 auf die Flugbedingungen hin variiert werden kann, um die Wiedergewinnung des Druckes zu optimieren, eine Vielzahl von Bypass-Vorrichtungen 38 (d.h. Klappen 39 und Öffnungen 40) um überschüssige Luft aus dem Diffusorsystem herauszuführen, und ein Steuersystem für die Einstellung der Lage der Schockwelle, welches untenstehend beschrieben wird. Das Einlaßsystem enthält eine Steuerung 42 für die Steuerung der Querschnittsfläche der Einengung 36, welche automatisch den Einlaßbereich als Funktion der Flughöhe und der Machzahl des Fluges einstellt und einen Druckraeßfühler 44, welcher so gestaltet ist, daß sein Ausgangsdruck eine Funktion der Stellung der normalen Schockwelle bezüglich der Einengung 36 des Einlaßdiffusors 34 ist.

Das Einlaßsteuersystem 42 umfaßt allgemein einen Eingangsteil 46, einen Rückkopplungsteil 48 und einen Fehlersignal- und, Verstärkerteil 50. Der Eingangsteil 46 erhält die Signale, welche den verschiedenen Einlaß- und T riebwerk spar ame tern proportional sind, und wandelt sie so um, daß sie als Eingangssignal für einen Regelkreis zur Regelung der Änderungsgeschwindigkeit des Bypass-Querschnittes dienen können. Der

009827/1375 ^{BAD 0RIGfNAL}

Rückkopplungsteil 48 erhält ein Signal, das proportional der Bypass-Fläche 38 ist, ermittelt die zeitliche Änderungsgeschwindigkeit durch Verwendung geeigneter Differenziervorrichtungen und gibt die zeitliche Ableitung des Signals an den Fehler- und Verstärker teil 50 weiter. In dem Fehler- und Verstärkerteil 50 werden die Eingangs- und Rückkopplungssignale durch eine Vorrichtung zur algebraischen Summenbildung 52 verglichen und die Differenz zwischen ihnen ergibt ein Signal für eine Steuereinheit 54, welches verstärkt und so umgewandelt wird, daß es für die Betätigung des Betätigungsmechanismus 56 für die Bypass-Klappe 39 geeignet ist. Dadurch wird ein schnell ansprechender Regelkreis erhalten, bei dem die Leistungszufuhr zu dem Bypass-Betätigungsmechanismus 56 proportional dem Unterschied zwischen der erforderlichen Änderungsgeschwindigkeit der Querschnittsfläche des Bypass und der tatsächlichen Änderungsgeschwindigkeit des Querschnitts der Fläche des Bypass 38 ist.

Der Eingangsteil 46 enthält mehrere Elemente, die zusammenwirken, um die erforderliche Änderungsgeschwindigkeit des Querschnitts des Bypass zu erzeugen. Die Ausgangssignale dieser Elemente werden in der Summierungsvorrichtung 58 zusammengefügt, welche algebraisch mehrere Signale addiert und in Figur 1 schematisch dargestellt ist, um das Sollsignal zu ergeben. Daher wird ein Signal von irgendeinem der Eingangselemente als Eingang zu dem Fehler- und Verstärkerteil 50 weitergegeben und entspricht der Betätigung der Bypass-Klappen 39. Die Eingangselemente umfassen:

1. eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals, das der erforderlichen Geschwindigkeit der Änderung der Luftströmung zum Triebwerk proportional ist,

2. eine Vorrichtung 16 zur Erzeugung eines Signals proportional zur Abweichung der normalen Schockwelle von ihrer optimalen Lage, und

0 0 9827/1375

3. eine Vorrichtung 100 zur zeitlichen Differenzierung des Signals für die Abweichung der Schockwelle.

Zur Ableitung der Xnderungsgeschwindigkeit der Luftströmung zum Triebwerk als Funktion der Triebwerksparameter ist aus dem Triebwerksteil 30 der Figur 1 ersichtlich, daß das Kontinuitätsgesetz erfordert, daß die Strömung im Gasgenerator 64 (mit W„„ bezeichnet) plus der Luftströmung durch den Kompressorkanal 66 (mit W₂₅ bezeichnet) gleich der Luftströmung W₂₂ zu dem Kompressor 68 ist. Die Luftströmung im Kanal 66 kann durch die Beziehung:

(D W_o„

^PS25

beschrieben werden. Dabei ist T₂₅ die Gesamttemperatur des Kompressorkanals, P₂₅ ist der Gesamtdruck des Kompressorkanals und Pg₂₅ *-^{st der} statische Druck im Kompressorkanal (Im weiteren Teil der Beschreibung deutet, der Index S zusammen mit einem Parametersymbol eine statische Messung an, beispielsweise statischen Druck, und die Abwesenheit eines Indexbuchstabens bedeutet eine Gesamtmessung, beispielsweise Gesamtdruck oder Gesamttemperatur). (Die linke Seite der Gleichung ist die Machzahl des Kompressorkanals 66). Die Luftströmung im Gasgenerator 64, W₃₃, kann durch die Beziehung

^f2 <^T25 ' V

^P25

ausgedrückt werden. Dabei ist N_ die Geschwindigkeit des Gas generators 64 und ±„ hängt von der bestimmten Betriebscharak teristiks des Kompressors 70 des Gasgenerators 64 ab. Die Kombination der Gleichungen (1) und (2) ergibt den Gesamtluftstrom W₃₂ für das Triebwerk durch die Beziehung:

009827/1375

(3)

'22 '25

<^T

25

S25

Aus der Kurvendarstellung der Kompressorcharakteristik, von der ein Beispiel in Figur 2 wiedergegeben wird, wird ermittelt, daß das Druckverhältnis des Kompressors 68,

^P2₅/

22

die Beziehung

25

22

W,

22

'22

besitzt. Dabei ist T₂₂ die Einlaßtemperatur des Kompressors 68, P₂₂ ist der Einlaßdruck des Kompressors 68 und N- ist die Geschwindigkeit des Kompressors.

Die Multiplikation der Gleichungen (3) und (4) ergibt den Luftstrom in dem Triebwerk 3O durch die Beziehung

22

<^T25 ' V

25

- P

S25

Komputernachbildungen von Turbokompressortriebwerken haben gezeigt, daß für vorübergehende Änderungen mit kurzer Dauer T₂₂, T₂₅ und NL. effektiv konstant sind. Dies gestattet eine Vereinfachung der Gleichung (5) zu der folgenden Funktion für die dynamische Kompensation

- P

S25

S25 J

00982 7/1375

- 3 Für kleine Störungen kann diese linearisiert werden zu:

^P25 - ^PS25 ^PS25

Die Differentation der Gleichung 7 bezüglich der Zeit ergibt die Änderungsgeschwindigkeit des Luftbedarfs für das Triebwerk zu

{») f W₀^ \ K-i^w τ⁴ K₂ f ^F25 " S25

f ^ V ^P

22 / ^{x P}S25

wobei sich K- und K₀ mit den Flugzuständen ändern und als Funktionen von T„₂ dargestellt werden können?

i(9) K₁ - S₁ (T₂₂ )
(10) K₂ - g₂ (T₂₂) .

Die Funktionen g₁ und g₂ können durch Auflösung nach W₂ aus Gleichung (5) bestimmt werden und aus der Bestimnung der resultierenden Koeffizienten der Terme mit N_f und

f ^P25 " ^PS25 } V ^PS25 /

Da die Änderungen in W₂₂/P₂₂ proportional den Änderungen in W₂₂ sind, liefert die Gleichung (8) daher eine Basis, um min Signal proportional zur jfaderung des Lüftetrombedarfβ de* Triebwerks zu erhalten. Auf gleiche Weise kann gezeigt werden, daß für ein Turbostrahltriebwerk die Änderungsgeschwindigkeit der Luftströmung für kleine Störungen beschrieben werden kann durch W₂₂ "K₃- KL·, wobei iL die Geschwindigkeit des Gasgenerators und Kjeine Funktion der Einlaßtemperatur T₂₂ ist.

BAD ORIGINAL

009827/1375

1364056

- IG -

Aus Figur 1 ergibt sieb,, daß das Signal für die seitliche Ableitung der Machzahl

K₂
* dt

durch die Vorrichtung 72

geliefert wird, welcfee eine Anzapfung für dsn statischer Druck 74 und eine Anzapfung 76 für den Gesamtdruck in des Kompressorkanal 66, einen Meßfühler 78 am Ende des Kanals, einen Differentiator 80, einen Verstärkuagsfunktionsgenerator 82 und einen Multiplikator 84 umfaßt. Die Signale für den statischen Druck und den Gesamtdruck von den Druckbohrungen 74 und 76 liefern einen Eingang für de si MeSfühler 78 am Ende des Kanals, welcher die Eingangsgröße so umformt, daß er einen Ausgang proportional zur Differenz zwischen dem Gesamtdruck und dem statischen Druck geteilt durch den statischen Druck liefert, d.h. proportional dem Luftstrom zum Kompressor ist. Dieses Signal für die Machzahl wird durch das Differenzierglied 80 zeit-differenziert und de» Multiplikator 84 zugeführt. Der Multiplikator 84 korrigiert das differenzierte Machzahlsignal durch einen verstärkungsfaktor, der entsprechend der obigen Gleichung 10 eine Funktion der Einlafttemperatur T₂₂ des Kompressors ist.

Die Vorrichtung 86 zur Erzeugung des differenzierten Geschwindigkeitssignals umfaßt eine nicht gezeigte Tachometervorrichtung, die so eingerichtet ist, daß sie ein Ausgangssignal liefert, welches der Geschwindigkeit de* Kompressor· 68 proportional ist, ein Differenzierglied 68, einen Multiplikator 90 und einen Funktionsgenerator 92. D*β differenzierte Geschwindigkeitssignal wird dadurch erzeugt, daß auf das Geschwindigkeitssignal von der Tachometervorrichtung das Differenzierglied 88 einwirkt und die Zeit-Ableitung dem Multiplikator 90 zugeführt wird, welcher einen Verstärkungsfaktor einführt, der wie durch die obige Gleichung 9 gezeigt

0 0 9 8 2 7/1375 _BAD

und im Zusammenhang mit derselben erklärt, eine Funktion der Einlaßtemperatur des Kompressors ist. Die beiden Signale der partiellen Ableitung der Luftströmung zum Triebwerk (d.h. der Ableitung der Geschwindigkeit und der Machzahl des Kanals) werden an der oben beschriebenen Summationsvorrichtung 48 zusammengefaßt, um ein Signal zu ergeben, das proportional der Änderungsgeschwindigkeit des Luftstroms zum Triebwerk ist.

Die Vorrichtung zur Erzeugung des Signals für die Abweichung der Lage der Schockwelle enthält eine Summierungsvorrichtung 61, welche den Unterschied zwischen dem Ausgangssignal von dem Druckfühler 44 und einem Signal von dem Steuerteil 42 für den Querschnitt der Verengung ergibt; dieses ist der gewünschte oder richtige Druckanstieg längs der Front der Schockwelle. Dieser Differenzdruck wird dann durch das Divisionsglied 61 durch den Druckwert korrigiert. Die Konstruktion des Druckfühlers und die Betriebsweise der Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals entsprechend der Abweichung der Schockwelle aus ihrer Lage wird verständlich aus der Figur im Zusammenhang mit der untenstehenden Erläuterung.

Der obere Teil der Figur 3 ist eine Kurve, deren Ordinate das Profil des statischen Druckes in dem Einlaßdiffusor 34 darstellt. Der Teil der Kurve links von der Diskontinuität stellt den Bereich dar, in dem Luftstrom Überschallgeschwindigkeit besitzt und der Teil der Kurve rechts von der Diskontinuität ist der Unterschallbereich des Einlaßdiffusors Der Ort der Diskontinuität längs der Abszisse entspricht dabei der Lage der Front der Schockwelle im Diffusor. Der untere Teil der Figur 3 veranschaulicht den Druckfühler 44 im gleichen Maßstab wie die Abszisse der Kurve für den Druckverlauf. Der Ort auf der Kurve und auf dem Druckfühler 44, welcher mit Δ X ^m O bezeichnet ist, entspricht einem Platz in der Nähe der Einengung des Einlaßdiffusors, d.h. der optimalen Lage der Schockwelle für wirkungsvolle Druckwiedergewinnung und Sicherheitsfaktor. Der Meßfühler 44 ist

009827/1375

so angebracht, daß eine Anzahl von Druckbohrungen 94 sowohl vor als auch hinter der gewünschten Lage der Vorderfront der Schockwelle erscheinen. Man kann zeigen, daß der Druck in dem Rohr 96 für den Ausgangsdruck proportional der Abweichung der Vorderfront der Schockwelle von der Stellung Ax = O ist, wie in Figur 4 gezeigt (tube 96 is dead headed).

Im Hinblick auf die Summierungsvorrxchtung 58 der Figur 1 ist im Zusammenhang mit der obigen Erläuterung ersichtlich, daß das Ausgangssignal der Summierungsvorrichtung irgendeine der drei Größen unabhängig voneinander wiedergeben wird, d.h. die Abweichung der Lage der Schockwelle von dem Sollpunkt, eine bevorstehende Verschiebung der Vorderfront der Schockwelle angedeutet durch die Ableitung des Lagesignals der Schockwelle und bevorstehende Änderungen im Luftstrom zum Triebwerk angedeutet durch das Signal, welches der Änderungsgeschwindigkeit der Luftströmung proportional ist. Daher liefert dieser Eingang in Kombination mit den oben beschriebenen Teilen für die Rückkopplung und für Fehler und Verstärkung eine Steuerung, in der die stationäre Lage der Schockwelle als Funktion des Δ X-Signals aufrechterhalten werden kann und welche bevorstehende Störungen der Lage der Schockwelle voraussieht, welche sich entweder aus vorübergehenden Änderungen im Triebwerk oder im Einlaß ergeben.

Die notwendigen Steuergeräte zur Verwirklichung der im Zusammenhang mit der Abbildung der Figur 1 beschriebenen Funktionen kann so gewählt werden, daß sie elektrisch, mechanisch oder hydromechanisch, pneumatisch-fluidisch oder in Form einer Kombination dieser drei Arten arbeitet. Wie aus der obigen Erörterung entnommen werden kann, enthalten die Geräte Wandler zur Umwandlung eines Betriebszustandes an dem Triebwerk oder dem Einlaß in die Signalart, mit der das Steuersystem entsprechend seiner Konstruktion arbeitet, Differenzierglieder, Vorrichtungen zur Summierung und Subtraktion von zwei oder mehr Signalen, Multiplikatoren und den

0 0 9 8 2 7/1375 _ttAD ORIGINAL

Meßfühler am Kanalende (welcher lediglich eine Kombination einer Subtraktionsvorrichtung und einer Divisionsvorrichtung ist). Vorrichtungen der beschriebenen Art stehen dem Ingenieur für Regelsysteme in jeder der drei angeführten Betriebsweisen für die Steuerung zur Verfügung. Ihre Konstruktion ist den Fachleuten auf dem Gebiet der Regeltechnik gut bekannt und auch insbesondere den Fachleuten auf dem Gebiete der Mechanik, der Elektrik oder der Pneumatik-Fluidik und erfordern hier keine weitere Erörterung.

Figur 5 zeigt Alternativvorrichtungen zur Verbindung der oben beschriebenen Elemente, um einen Regelkreis für den Einlaß-Bypass zu finden, welcher unmittelbar die Lage der Schockwelle steuert. Ein Bezugsdrucksignal wird errechnet als Produkt einer Konstante mit einem gemessenen Gesamtdruck im Einengungsbereich des Diffusors 34, wie er beispielsweise von dem Druckrohr 102 erhalten wird. Die Konstante K hat einen solchen Wert, daß der erzeugte Bezugsdruck repräsentativ für den Druck im Ausgangsrohr 96 des Druckfühlers ist, wenn die Schockwelle entsprechend Figur 3 in ihrer gewünschten Lage ist und hängt von der räumlichen Anordnung des Druckrohrs 102 im Diffusor 34 und der Druckverteilung im Diffusor 34 ab (siehe Figur 3).

Ein Drucksignal von dem Ausgangsrohr 96 des Druckmeßfühlers 44 wird durch die "Vorspannungsvorrichtung" 104 entsprechend den Signalen M₃₅ und N-, für vorübergehende Änderungen des Luftstroms zum Triebwerk modifiziert, welche von den Vorrichtungen 72 und 86, wie in Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben, erhalten wurden. Die Vorspannungsvorrichtung 104 ist im wesentlichen eine Summationsvorrichtung, wie sie im Zusammenhang mit Figur 1 mit der Ziffer 58 bezeichnet ist, welche an dem Ausgangsrohr 96 des Druckmeßfühlers 44 für die Lage der Schockwelle die Signale für vorübergehende Änderungen des Luftstrome zum Triebwerk zufügt, um ein falbes Rückkopplungssignal für die Lage der Schockwelle zu erzeugen.

009827/1375

Dieses modifizierte Rückkopplungssignal für die Lage der Schockwelle von der Vorrichtung 104 wird mit dem Bezugsdruck verglichen und das Fehlersignal rd dem Steuerteil 106 zugeführt (welcher ähnlich ist der euerteil 54 der Figur 1), der den Betätigungsmechanismus 56 zur Einstellung der Bypass-Klappen 39 antreibt. Das Rückkopplungssignal für die Änderungsgeschwindigkeit des Bypass-Querschnittes wird durch den Differenzierteil 108 abgeleitet und zusammen mit dem Regelkreis des Steuerteils 54 dadurch verwendet, daß das Fehlersignal durch den Summationsteil 110 modifiziert wird, um die dynamische Stabilisierung des Regelsystems zu fördern.

Zusammengefaßt wurde ein Überschaueinlaßsystem beschrieben, in dem Parameter verwendet werden, welche direkt proportional dem Luftstrom zum Triebwerk und der Änderungsgeschwindigkeit des Luftstroms zum Triebwerk sind, um Änderungen in dem Luftstrom und ihre Auswirkung auf die Aufrechterhaltung der Front der Schockwelle in ihrer optimalen Lage vorherzusehen und eine Korrekturwirkung auszulösen, bevor die volle Auswirkung der vorübergehenden Änderung an der Engstelle des Einlaßdiffusors auftritt.

BAD ORIGINAL 009827/1375

Claims

- 15 Patentansprüche;

l.JÜberschall-Einlaßsystem für ein Turboproptriebwerk mit Vorrichtungen zur Anpassung des Luftstroms des Triebwerkeinlasses an den Bedarf des Triebwerkes zwecks Aufrechterhaltung des Wirkungsgrades des Einlasses, dadurch gekennze ichne t , daß es Vorrichtungen (38) zur Änderung der Luftströmung am Triebwerkseinlaß (32), Steuervorrichtungen (54) zur Betätigung dieser Vorrichtung zur Änderung der Luftströmung, die so beschaffen sind, daß die Schockwelle an dem Einlaß in ihrer optimalen Lage gehalten wird, und Vorrichtungen (46, 48, 50) aufweist, die proportional auf die Änderungsgeschwindigkeit des Luftbedarfs des Triebwerks (30) ansprechen und die Steuervorrichtungen (54) so beeinflussen, daß diese die Vorrichtungen (38) zur Änderung des Luftstroms mit einer Geschwindigkeit steuern, die der Geschwindigkeit der Änderung des Luftbedarfs proportional ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorrichtung (100) enthält, die auf die Änderungsgeschwindigkeit der räumlichen Verschiebung der Lage der Schockwelle anspricht und die Steuervorrichtung so beeinflußt, daß diese die Vorrichtungen zur Änderung des Luftstroms mit einer Geschwindigkeit betätigen, die proportional dazu ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Änderung der Luftströmung an dem Triebwerkseinlaß strömungsaufwärts von dem Triebwerk gelegene Bypass-Vorrichtungen (38) mit variablem Querschnitt (40) zur Ableitung eines Teils der aufgenommenen Luft aus dem Einlaßsystem umfaßt.

009827/ 1375

System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Steuervorrichtung und der auf das Triebwerksverhalten ansprechenden Vorrichtung umfaßt: Vorrichtungen (50) zur Erzeugung eines Fehlersignals, das der Abweichung der Lage der Schockwelle aus ihrer optimalen Lage proportional ist, wobei diese Vorrichtung zur Erzeugung des Fehlersignals eine Vorrichtung zur Erzielung eines Bezugssignals proportional der erwünschten Lage der Schockwelle, eine Vorrichtung (48) zur Erzielung eines Rückkopplungssignals, das der tatsächlichen Lage der Schockwelle proportional ist, und eine Vorrichtung zur Summation des Bezugssignals und des Rückkopplungssignals, einen auf das Fehlersignal ansprechenden Steuerteil (54), eine durch den Steuerteil gesteuerte Vorrichtung (56, 106) zur Betätigung der Vorrichtung zur änderung der Luftströmung und eine Gegenspannungsvorrichtung (104) zur Beeinflussung der Vorrichtung zur Erzeugung des Fehlersignals besitzt, wobei diese Gegenspannungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals proportional der Anderungsgeschwindigkeit des Luftbedarfs des Triebwerks und eine Vorrichtung zur Summation dieses Signals der Änderungsgeschwindigkeit der Luftströmung mit einem der Rückkopplungs- und Bezugssignale umfaßt.

System nach Anspruch 4 in Kombination mit einem Turbostrahltriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals proportional zur Anderungsgeschwindigkeit des Luftbedarfs des Triebwerks eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals proportional der Geschwindigkeit des Gasgenerators umfaßt und eine Vorrichtung (84) zur Einfügung eines Triebwerkssignals zur Erzeugung eines variablen Verstärkungsgrades beinhaltet, durch das die Geschwindigkeit des Gasgenerators in Beziehung zu dem Luftstrom im Triebwerk gebracht wird.

009827/1375

6. System nach Anspruch 4 in Kombination mit einem Turbokompressortriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals proportional zur Änderungsgeschwindigkeit des Luftstrombedarfs des Triebwerks umfaßt: Eine Vorrichtung (90) zur Erzeugung eines Signals proportional der Änderungsgeschwindigkeit der Kompressorgeschwindigkeit, eine Vorrichtung (84) zur Erzeugung eines Signals proportional der Änderungsgeschwindigkeit der Machzahl des Kanals und eine Vorrichtung (58) zur Summation der beiden Signale zur Bildung des zweiten Signals, wobei diese Vorrichtung zur Bildung des zweiten Signals eine Vorrichtung zur Einfügung eines Triebwerkssignals besitzt, um variable Verstärkungsgrade zu erzeugen zwecks Herstellung einer Beziehung zwischen der Kompressorgeschwindigkeit und der Machzahl des Kanals und dem Luftstrom im Triebwerk.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der Steuervorrichtung und der auf das Triebwerk ansprechenden Vorrichtung umfaßt: einen Einlaßteil, der eine Vorrichtung zur Erzeugung eines ersten Signals proportional der Abweichung der Lage der Schockwelle von ihrer optimalen Lage, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zweiten Signals proportional der Änderungsgeschwindigkeit des Luftstrombedarfs des Triebwerks und eine Vorrichtung zur algebraischen Summation des ersten und zweiten Signals zur Erzeugung eines Sollwertssignals für die Änderungsgeschwindigkeit der Vorrichtung zur Änderung des Luftstroms beinhaltet, ein Rückkopplungsteil, der umfaßt, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Rückkopplungssignals proportional der Änderungsgeschwindigkeit der Vorrichtung zur Änderung des Luftstroms, ein Fehlersignal und Verstärkerteil, welcher eine Vorrichtung zur algebraischen Addition des Bedarfesignals und des Rückkopplungssignals zur Erzeugung

009827/1375

1364056

eines Fehlersignals für die Änderungsgeschwindigkeit des Bypass-Querschnittes besitzt, sowie eine durch das Fehlersignal gesteuerte Vorrichte τ zur Betätigung der Vorrichtung zur änderung des Luf *oms.

8. System nach Anspruch 7 in Kombination mit einem Turbostrahltriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals umfaßt: eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals proportional der Änderungsgeschwindigkeit der Geschwindigkeit des Gasgenerators und eine Vorrichtung zur Einführung eines Triebwerksignals und zur Erzeugung eines variablen Verstärkungsgrades zwecks Herstellung einer Beziehung der Geschwindigkeit des Gasgenerators mit dem Luftstrom im Triebwerk.

9. System nach Anspruch 7 in Kombination mit einem Turbokompressortriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals umfaßt: eine Vorrichtung zur.Erzeugung eines Signals proportional der Änderungsgeschwindigkeit der Geschwindigkeit des Kompressors, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals proportional der Änderungsgeschwindigkeit der Machzahl des Kanals und eine Vorrichtung zur Summation der beiden Signale zur Erzeugung des zweiten Signals, wobei diese Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten Signals eine Vorrichtung zur Einführung eines Triebwerksignals zur Erzeugung variabler Verstärkungsgrade und zur Herstellung einer Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des Kompressors und der Machzahl des Kanals mit dem Luftstrom des Triebwerks besitzt.

009827/1375

10. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsteil eine Vorrichtung zur Erzeugung eines dritten Signals entsprechend der Änderungsgeschwindigkeit der Abweichung der Lage der Schockwelle und zur Summation des dritten Signals mit dem ersten und zweiten Signal enthält.

009827/1375