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Einlaufregelang für luftatmende Flugzeugtriebwerke, insbeson-
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dere von Hochleistungsflugzeugen mit tiberschalltauglichkeit Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einlaufregelung für luftatmende Flugzeugtriebwerke, insbesondere
von Hochleistungs flugzeugen mit Überschalltauglichkeit, wobei als Regelparameter
ein variables divensionsloses Verhältnis des Druckes über einer beweglichen mittleren
Rampe zum Druck der Außenstrdmung dient, das in Abhängigkeit von der Flugmachzahl,
dem Flugzeuganstellwinkel und dem Rampenstellzylinderstellungssignal im Regler berechnet
und als Führungsgröße der im Regler vorhandenen Summierstelle der Rampenregelung
mitgeteilt wird, so daß sich der jeweils optimale Leistungspunkt des Antriebssystems,
der vorher durch Windkanal- und/oder Flugversuch ermittelt wurde und in Form der
jeweiligen Kontrollinie im Regler gespeichert
rist, in einer aerodynamisch
geschlossenen Regelschleife automatisch einstellt, wobei die derart geregelte Rampenstellung
auf einen maximal zulässigen Rampenwinkel begrenzt wird, der in Abhängigkeit von
Flugmachzahl und Anstellwinkel im Regler berechnet und als oberer Grenzwert für
die Rampenregelung vorgegeben wird, nach Patent ............... (Patentanmeldung
P 23 58 926.6-13 vom 27.11.73).
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Eine optimale Luftdurchsatzanpassung von Triebwerk und Einlauf bis
zu niedrigsten Luftdurchsätzen ist mit Rampenregelung allein nicht in allen Betriebspunkten
des Antriebssystems zu realisieren, denn der Lufteinlauf konnte z. B. u stark gedrosselt
.serden und als Folge davon würde Einlaufbrummen und unter Umständen Triebwerkspumpen
auftreten. Beide Effekte führen zu instabilem Arbeiten infolge Durchsatzfluktuation
des Antriebssystems, das m Extremfall bis zu mechanischer Zerstörung von Einlauf
und Triebwerk führen kann, falls von der Technik noch oeherrschbare Grenzen überschritten
werden. Um diesem Nachteil abzuhelfen, wird für die eingangs aufgezeigte Einlaufregelung
als Weiterentwicklung bzw. als Ergänzung zur Erweiterung des möglichen Einlaufarbeitsbereichs
zusätzlich eine Luftabblaseinrichtung vorgeschlagen1 die zwischen den Rampen und
dem Triebwerksverdichter angeordnet ißt, die als Regelparameter ebenfalls ein variables
Verhältnis des statischen Druckes über einer beweglichen mittleren Rampe zum Gesamtdruck
der Außenströmung benutzt (@b = PsB), das @ @@@@@ @ @ @ @ @ @@ @ @@ @ @@ @ Pt @
@ @ @ @ in Abhängigkeit von der Flugmachzahl, dem Flugzeuganstellwinkel und dem
Stellzylinderstellungssignal der Abblasevorrichtung im Regler berechnet wird und
als Sollwert der im Regler vorhandenen Summierstelle für die Abblaseregelung mitgeteilt
wird, so daß sich die Abblasevorrichtung, nachdem der maximal zulässige Rampenwinkel
erreicht ist, entsprechend dem jeweils optimalen Leistungspunkt des Antriebssystems,
der vorher durch Windkanal-und/oder Flugversuch ermittelt wurde und in Form der
jeweiligen Soll-Regellinie für die Abblaseregelung im Regler gespeichert ist, durch
Soll-Ist-Vergleich der Regelgröße (78) in einer aerodynamisch geschlossenen Regelschleife
automatisch einstellt, wobei die Rampen nach Erreichen des maximal zulässigen Rampenwinkels
nicht
weiter verstellt werden. Durch die Erfindung ist es im Überschall möglich, speziell
bei hohen Fluggeschwindigkeiten (Mach >1.5), Einlauf und Triebwerk fiir einen
sehr viel größeren Arbeitsbereich - bis hinab zu niedrigsten Triebwerksluftdurchsätzen
- als mit einer Einlauframpenregelung allein, leistungsoptimal aufeinander abzustimmen
bzw. anzupassen. Das Prinzip der erfindungsgemäßen Regelung besteht darin, daß bei
sehr niedrigem Luftbedarf des Triebwerks mehr Luft in den Einlauf einströmen kann,
als vom Triebwerk an sich benötigt wird, die dann vor dem Eintritt ins Triebwerk
wieder nach augen abgeblasen wird. Sehr niedriger Luftbedarf des Triebwerks kann
in der Praxis z. B. bei folgenden Bedingungen herrschen: a) sehr hohe Verdichtereintrittstemperatur,
wodurch der reduzierte Triebwerksluftdurchsatz, auch bei Vollastdrehzahl, sinkt,
b) Triebwerksdrehzahlreduktion (z. B. Teillast oder Leerlauf) aus Triebwerksleistungsgründen,
c) Triebwerksverläschen im Fluge (Windmilling).
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Die besonderen Vorteile des hier vorgeschlagenen Regelunzskonzepts
einer kombinierten Rampen/Luftabblas-Regelung gegenüber bisher bekannten Lösungen
werden in folgenden Punkten gesehen: a) Durch gemeinsame Verstellung von Einlauframpen
und Luftabblasung kann das Antriebssystem in jedem Punkt leistungsoptimal und innerhalb
seiner Instabilitätsgrenzen geregelt werden. Dies ist z. B. bei den bekannten Vorschlägen,
FR-PS 2 026 964 und US-PS 2 971 328, nicht der Fall, da eine willkürliche Stellungszuordnung
von Einlauframpen bzw. Zentralkörper (Konus) und Luftabblasung auf einfache Art
und Weise nicht verwirklicht ist. Entweder besitzen diese Regelungen keine beweglichen
Rampen bzw. keine vergleichbare Verstellungsmöglichkeit im vorderen Einlaufbereich
zur optimalen Beeinflussung der Verdichtungxsto-Xonfiguration
oder
die Regelungen sind voneinander unabhängig und können daher nicht in einfacher Weise
leistungsoptimal aufeinander abgestimmt werden.
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b) Als Hauptregelparameter für Einlauframpen und Luftabblas-Regelung
wird im wesentlichen nur ein einfach zu messender charakteristischer Druck PsB (der
mittels Pt der freien Strömung dimensionslos gemacht wurde, qB=psB/pt) sowie die
Stellungssignale der Rampen XR und des Luftabblasers XDD verwendet, um den Lufteinlauf
in Bezug auf Verdichtungsstoß-Konfiguration (DruckrUckgewinn) und äußeren Einlaufwiderstand
(Überlauf, Luftabblas-Widerstand) leistungsoptimal zu regeln. Andere Regelsysteme
verwenden vergleichsweise mehr Regelparameter für vergleichbare Aufgaben (z. B.
Messung der Geradstoßlage, Verdichtereintrittsmachzahl, Triebwerksdrehzahl-, Temperatur-
und -Eintrittsdruck), die außerdem in den bekannten Fällen noch dazu zu weit ungenauerer
Einlaufregelung führen, als im vorgeschlagenen Fall, da durch Messung der oben angegebenen
Meßwerte der wesentliche Parameter-Triebwerks-Luftdurchsatz, auf den es bei der-Einlaufregelung
entscheidend ankommt, schwieriger (indirekt) und noch dazu ungenauer bestimmt werden
kann, als im vorliegenden Konzept, da der verwendete Regelparameter g B eine direkte
Funktion des Einlaufdurchsatzes ist.
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c) Die aerodynamische Verstärkung, d. h. die Differenz der Steigungen
der Signalcharakteristik von @B B und der Regellinie der Luftabblas-Regelschleife
kann, sehr ähnlich wie bei der Rampenregelung, durch Wahl der jeweils geeignetsten
Steigung bzw. Form der Regellinie so gewählt werden, daß Stabilität und gleichzeitig
ausreichendes Ansprechverhalten der Luftabblas-Regelung gewährleistet ist. Diese
einfache Eingriffsmöglichkeit in die Regelungsgüte besteht bei den anderen bekannten
Regelungsvorschlägen nicht.
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c) Das vorgeschlagene Regelungskonzept wird durch Verwendung
eines
elektronischen Digitalcomputers innerhalb des Regelkreises sehr flexibel, da die
Regelungsgesetze als Software gespeichert sind und relativ leicht durch Neuprogrammierung
(Auswechseln von PROM-chips) verändert werden können. Eine derartige Flexibilität
(Zeit- und Kostenersparnis) ist bei allen anderen bekannten Regeisystemen in keiner
Weise gegeben.
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Die Erfindung ist anhand der folgenden Abbildungsbeschreibung näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Triebwerkslufteinlauf mit Kombinierter Rampen-
und Luftabblasregelung: Fig. 2 diverse Kennlinien ür rampe und Suftabbiasung, Fig
3 ein elektrisches Schaltbild zur Steuerung der Rampen-und Luftabblasregelung.
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Zur Erklärung bzw. Verdeutlichung der Notwendigkeit einer Luftabblasklappe
12 im Hinblick auf ie e oben beschriebenen extremen Betriebszustände wird zunächst
auf Fig. 2 verwiesen1 wo für einen Überschall-Flugfall (Machzahl = konstant und
Anstellwinkel = konstant) verschiedene Einlaufbetriebspunkte graphisch dargestellt
sind. Hierin bedeuten die Linien L1 bis L6 verschiedene Triebwerksluftdurchsätze,
durch die der Einlaufarbeitspunkt bestimmt wird. L1 (Punkt 1) bedeutet hohen Luftbedarf
des Triebwerks und L6 (Punkt 6, 6', 7, 8) sehr niedrigen Luftbedarf des Triebwerks.
Fig. 2A zeigt qualitativ für die betrachteten Fälle L1 bis L6 die Einlaufstoß-Konfigurationen
sowie die jeweils dazugehörigen einströmenden Luftröhren in den Einlauf. Fig. 28
und C zeigen die Rampenregellinie (Kurvenzug 1 - 2 - 3 - i - 5' -6')sowie die Luftabblas-Regellinie
(Kurvenzug 4 - 5' - 6') als Funktion des Druckverhältnisses @B = psB/Pt. Wie aus
dieser Abbildung bereits ersichtlich ist, wird für die Luftabblas-Regelung ebenso
wie für die Rampenregelung als Haupt-flegelpara.eter das Druckverhältnis @B s psB/Pt,
d. h. das Verhältnis des D@@@@@@ @@@ über der beweglichen mittleren Rampe 2 (Fig.
2)
zum Gesamtdruck Pt der freien Strömung vor dem Einlauf benutzt.
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In Fig. 2D ist der Druckrückgewinn @E des Lufteinlaufs als Funktion
des Einlaufdurchsatzes Ao/AF aufgetragen. Je höher 9E ist, um so höher ist das Schubdüsendruckverhältnis
des Triebwerks und um so höher ist damit auch der installierte Triebwerksschub.
Fig. 2E zeigt den qualitativen Verlauf des Einlaufüberlaufwiderstandes, der als
Widerstand am Flugzeugeinlauf wirksam wird und somit den installierten Schub mindert
und der ansteigt, je kleiner die einströmende Luftröhre in dem Einlauf ist. Er erreicht
theoretisch seinen minimalen Wert, wenn die einströmende Luftröhre mit der Querschnittsfläche
Ao gleich der Fangfläche AF des Finlaufs wird. In der Praxis jedoch ist AojAF immer
kleiner al; eins. Im folgenden werden die Betriebspunkte 1 bis 8 gemäß Fig. 2 im
Hinblick auf Leistung (maximal möglichen installierten Schub) und Stabilität (Vermeiden
von Einlaufbrummen oder Triebwerkspumpen) diskutiert und die Regelung von Einlauframpen
und Luftabblasklappe beschrieben. Es wird dabei hauptsa'chlich auf die kombinierte
Luftabblas/Rampenregelung Bezug genommcn, die gegeniiber einer "Nur-Rampenregelung"
von bestimmten Einlaufdrosselpunkten ab, die theoretisch bzw. experimentell im btindkanal-
und/oder Flugversuch bestimmt werden können, Leistungsverbesserungen bringen kann
bzw. Instahilit;it des Antriebssystems (Einlaufbrummen bzw. Triebwerkspumpen) vermeidet.
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Arbeitspunkt 1: In diesem Arbeitspunkt verlangt das Triebwerk einen
relativ hohen korrigierten Luftdurchsatz und die einströmende Luftröhre A01 gemäß
Fig. 2A ist daher groß, weil die zweite Einlauframpe entsprechend der Kontrollinie
in Fig. 2B in die Stellung 1 vom Einlaufregelsystem verstellt wird. Die Luftabblasklappe
ist vollständig geschlossen und der Einlauf wird nur durch Rampenverstellung geregelt.
Aus den Fig. 2D und 2E erkennt man, daß der Druckrückgewinn je des Einlaufs hoch
und der Überlaufwiderstand WE klein sind, d. h. der installierte Triebwerksschub
des Antriebssystems (Triebwerks schub abzüglich äußeren Einlaufwiderständen
)
erreicht einen relativ hohen Wert.
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Arbeitspunkt 2: Bei weiterer Drosselung des Luftbedarfs des Triebwerks
entsprechend dem Arbeitspunkt 2 wird die zweite Rampe gemäß Fig.
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28 weiter geschlossen (Rampenstellung 2 in Fig. 2A) und die einströmende
Luftröhre Ao2 wird kleiner als im Arbeitspunkt 1.
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Die Luftabblasklappe bleibt auch in diesem Punkt vollständig geschlossen
und der Einlauf wird wie im Punkt 1 nur durch Rampenverstellung geregelt, da eine
Klappenöffnung in diesem Punkt noch ein Absinken des effektiv wirksamen installierten
Triebwerksschubes zur Folge hätte. Aus den Abb. 2D und 2E sieht man allerdings,
daß v)E im Vergleich zu Punkt 1 sinkt und außerdem WE steigt, was bedeutet, daß
der installierte Schub des Antriebssystems verglichen mit Punkt 1 absolut etwas
abnimmt.
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Arbeitspunkte 3 und 4: Die Arbeitspunkte 3 und 4 stellen noch stärkere
Luftdurchsatzdrosselungen des Einlaufs als Punkt 2 dar. Die Einlauframpen werden
daher gemäß der Rampenregellinie in Fig. 2B zunächst bei vollständig geschlossener
Klappe 12 bis auf den aus Leistungsgründen maximal zulässigen Rampenwinkel b-R -
E1AX (SDDflO)3,4 vom Einlaufregelsystem verstellt. Eine weitere Erhöhung des Rampenwinkels
würde sowohl weitere Abnahme des 7E als auch weiteren Anstieg des Überlaufwiderstandes
WE zur Folge haben, so daß der installierte Schubverlust des Antriebssystems zu
groß werden würde.
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Der Arbeitspunkt i stellt dabei den in bezug auf Schubverlust (sinkendes
des steigendes WE) gerade noch tolerierbaren Drosselpunkt des Einlaufs dar, bei
dem die Luftabblasklappe 12 geschlossen bleiben kann. Bei weiterer Luftdurchsatzdrosselung
unterhalb 4, d. h. in Richtung auf Punkt 5 bzw. 6, wird der installierte Schubverlust
des Antriebssystems durch stark ansteigendes WE so groß, daß durch Öffnen der Klappe
12 ein
effektiv wirksamer Schubgewinn erzielt werden kann, denn
der Einlauf wird dadurch entdrosselt, so daß mehr I,uft in den Einlauf strömen kann,
die dann über die Luftabblasklappe 12 wieder nach außen abgeblasen wird. Die daraus
resultierende Abnahme des Überlaufwiderstandes (z. }. 5' und 6') ist größer als
der schubmindernde Widerstand, der durch Öffnen der Luftahblasklappe entsteht (Eintrittsimpuls
der zusätzlich durch die Luftabblasklappen-Offnung in den Einlauf einströmenden
Luftmenge plus gegebenenfalls äußerem Luftabblas-Widerstand). Der effektiv wirksame
Schub am Flugzeug steigt also durch Öffnen der Luftabblasklappe für Luftdurchsätze
kleiner als Punkt 4, verglichen mit einer ausschließlichen Rampenregelung. Wie aus
Fig. 2B weiterhin ersichtlich ist, wird für noch kleinere Luftdurchsätze als sie
dem Arbeitspunkt 4 entsprechen, sowohl die Luftabbiaskiappe geöffnet als auch gleichzeitig
der maximal zulässige Rampenwinkel R - fAX als Funktion der Luftabblasklappenstellung
@DD bei Luftabblasklappenbetrieb (Dump Door-Betrieb) entsprechend den Regellinien
in Fig. 2C verändert, d. h. je kleiner der Luftdurchsatz wird, um so mehr öffnet
die Luftabblasklappe und gleichzeitig wird die Rampe weiter geschlossen.
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Für jeden Betriebspunkt kann deshalb durch die geeignete Kombination
von Einlauframpen und Luftabblasklppenwinkel, die theoretisch irnd im Versuch ermittelt
werden können, der Lufteinlauf leistungsoptimal innerhalb des stabilen Bereiches,
d. h. unterhalb der Grenze G1 (Einlaufbrummen) sowie oberhalb der Grenze G2 (Triebwerkspumpen)
durch geeignete Regelung von Einlauframpen und Luftabblasklappen, entdrosselt werden.
Allerdings können die Rampen nur bis zu einem gewissen maximalen Rampenwinkel sR
~ MAX geschlossen werden, da bei einer weiteren Vergrößerung ein Ablösen des zweiten
Schrägstoßes von der zweiten Rampe mit entsprechendem Druckverlust sowie beträchtlicher
Einlaufwiderstandserhöhung und u. IJ. Störung des Triebwerks (unruhiger Lauf oder
Triebwerkspumpen) auftreten würden. Ist dieser Wert @R - MAX erreicht, so kann eine
Durchsatzanpassung nur noch durch weiteres Öffnen der Luftabblasklappe 12 erzielt
werden, da die Rampen nicht weiter geschlossen werden können. Diese Verhältnisse
sind
in Fig. 2B ebenfalls dargestellt (@R*- MAX).
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ArbeitsDunkt 5 bzw. 5': Sinkt der Luftdurchsatz des Triebwerks z.
B. bei geschlossener Luftabblasklappe sehr schnell von Punkt 4 auf 5 ab, so tritt
gemaß Fig. 2A und 2B zunächst kurzzeitig Einlaufbrummen auf. Die Klappenregelung
reagiert infolge der @B-Änderung sofort und öffnet die Klappe 12, wodurch der Einlauf
entdrosselt wird, mehr Luft aufnimmt, Punkt 5 bewegt sich auf Punkt 4 zu, und damit
wird Einlaufbrummen vermieden. Gleichzeitig wird außerdem gemäß Fig. 28 und 2C der
maximal zulässige Rampenwinkel als Funktion der Luftabblasklappenposition leicht
vergrößert, wahrend die Klappe so lange weiter öffnet, bis @BDD - SOLL = QB - IST
entsprechend dem Arbeitspunkt 5' ist. Die @BDD-Regelung der Luftabblasklappe ist
ebenso wie die Rampenregelung eine aerodynamisch geschlossene Regelung. Der Arbeitspunkt
5' ist der neue stationäre Arbeitspunkt für den gehinderten Triebwerksluftbedarf
L5, in dem das Antriebssystem leistungsoptimal innerhalb der Instabilitätsgrenzen
G1 und G2 arbeitet. Ohne Öffnung der Luftabblasklappe würde der Einlauf entweder
nicht leistungsoptimal arbeiten bzw.
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es würde Einlaufbrummen auftreten.
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Arbeitspunkt 6 bzw. 6': Arbeitspunkt 6 schließlich repräsentiert einen
sehr niedrigen Luftbedarf des Triebwerks (z. 8. Flugleerlauf) und man erkennt aus
Fig. 2B, daß für die geschlossene Klappe 12 der Einlauf stark brummt, u. U. schon
zu einer InstAbilität des Antriebssystems führen kann, die die Flugsicherheit gefährden
kann. Zu Fig. 28 ist als Beispiel ebenfalls die maximal mögliche Luftmenge #LDD
- MAX eingetragen, die über die Klappe 12 überhaupt abgeblasen werden kann. Man
erkennt aus dieser Abbildung folgendes: a) Auch mit vollständig geöffneter Klappe
12 kann Einlaufbrummen nicht vermieden werden, wenn nicht gleichzeitig die Rampe
weiter geschlossen wird (wenn @R - MAX (für@DD=0) bleibt,
würde
Punkt 6 z. B. in Punkt 5 übergehen, der ebenfalls Einlaufbrummen bedeutet).
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b) Bei vollständig geschlossener Klappe Schließen der Einlauframpen
auf R * -.
| 12 und entçprec11ende |
| MAX wUrde E1 n tru47 rum- |
men ebenfalls nicht vermieden werden können (Punkt 6 gebt in Punkt 7 über), da der
Operationspunkt laufbrummbereich bleibt. Ein weitere.« oberhalb @R*-MAX (z. B. entsprechend
| nach wi.e vor t Win- |
| chljeßen der Rampen |
| Punkt 8) ist ebe"talla |
nicht möglich, da der zweite Schrägst@ß sich abheben würde und zu sehr starker und
instabilen, Arbeiten des Triebwerks
| von der esten Reine |
| WI derstins rhFhun9. |
| (Trl ebwokspumpan} |
führen würde (Grenze G2 wird
Aus dem unter @) und b) Gesagten stellt für Betriebspunkte entsprechend 6 eine sich
daher die F@rderung gemeinsame Verstellung von Einlauframpen (Schließen) und
| Luftabbtasi(tappe CÖfnen) vor- |
zunehmen. Tn dem betrachteten Fall z.
voll geöffnet (Punkt 6#5) und gleichzeitig
geschlossen (@R - MAX 4 -t 6R - MAX 6', wodurch sich Punkt 5 in Punkt 6' verschiebt).
Man erreicht dadurch, daß der Einlaufbetriebspunkt nicht in Punkt 6 liegt, sondern
bei Punkt 6' und der Einlauf somit leistungsoptimal, wie auch aus den Fig. 2D und
2E ersichtlich ist, innerhalb der Grenzen GI und G2 arbeitet.
| Wie e bere vorstehend erwahnt, wird der beScbrietine Luftein- |
| lauf für hohe LuftdurE tze zunächst nur durch Rampenverstellung |
| ter4ffet+. Wie aus dU 2 etBichtlich, wird dabei die Stellung |
| der if0mrph 2 vhd 3 durch eine aerodynamisch geschlossene Regel- |
| schteS.{e vertndæ die {1w Regelgröße 98 PBB/Pt benutzt. |
| Aufgrund der Machzahl (P,/Pt), des Flugzeuganstellwinkels (0<) |
| und des tpenaktuatorstellgrößensignals (XR) wird vom Einlauf-
- |
| rsgctsgstel et (elektronischer Digitalcomputer) ein entsprechendes |
| -soL berechnet und an der yB-Summierstelle mit den gemessenen |
| IST verglichen. ßef eine Differenz ER zwischen diesen |
beiden Signalen, so werden die Einlauframpen durch den Rampenaktuator
mit dem Ziel verstellt, diese Differenz #R zu Null zu machen (aerodynamisch geschlossene
Regelung). Es wurde bereits festgestellt, daß die so geregelte Stellung der Rampen
2 und 3 bei sinkendem Luftbedarf des Triebwerks auf einen maximal zulässigen Wert
gR- MAX begrenzt wird. Dieser Wert &R MAX wird ebenfalls im Einlaufregelsystem
als Funktion der Machzahl (Ps/Pt) des Anstellwinkels (α) sowie in dem hier
vorliegenden Fall, ebenfalls als Funktion der Luftabblasklappenstellung (XDD) berechnet.
Die von der aerodynamisch geschlossenen @B-Regelung geforderte Rampenstellung wird
nun von dieser maximal zulässigen Rampenstellung 6R- MAX begrenzt, d. h. die 98-Regelung
der Einlauframpen wird von diesem Punkt ab durch eine Rampenstellungssteuerung abgelöst.
Entspricht der Jeweils berechnete Wert sR- MAX in Fig. 3 der jeweiligen aktuellen
Rampen-Ist-Stellung XR - IST, so bleiben die Rampen bei geschlossener Luftabblasklappe
in dieser Stellung stehen und werden nicht weiter geschlossen, falls die @B-Rampenregelung
dies fordern würde, wenn nämlich z. B. der Luftdurchsatz gemäß der Fig. 28 von Punkt
3 in Richtung Punkt 5 absinken sollte. In diesem Fall wird die Luftabblasregeiung
aktiviert, d. h. steigt das gemessene 78 über den Wert 1)8 REFDD an, so beginnt
die Luftabblasklappe, bei zunächst konstanter Rampenstellung, zu öffnen. Im Einlaufregelsystem
(elektronischer Digi talcomputer) wird nämlich für den jeweiligen Flugzustand ein
entsprechender Sollwert 7B-SOLLDD für die Klappenregelung berechnet und als Führungsgröße
an die eB-Summierstelle für die Klappenregelung im Einlaufregelsystem weitergegeben.
Hier wird der Sollwert @B-SOLLDD mit dem Ist-Wert @B-IST verglichen, und so lange
eine Differenz #DD zwischen beiden Signalen besteht, wird die Luftabblasklappe,
ähnlich wie die Einlauframpen unterhalb @R- MAX, so lange in einer aerodynamisch
geschlossenen Regel schleife verstellt, bis die Differenz &DD den Wert Null
angenommen hat. Die Luftabblasregelung ist also aerodynamisch geschlossen (closed
100P @B-Control), während dabei die Rampen stellung in einer aerodynamisch offenen
Rampensteuerung (open 100P@R- MAX control) auf @R-MAX eingestellt werden. Hit Bezug
auf
Fig. 2B und wie bereits beschrieben wurde, liegt der Luftabblasklappenregelung die
Aufgabe zugrunde, für den jeweiligen Betriebszustand des Antriebs systems eine gemeinsame
Verstellung von Einlauframpen und Luftabblasklappen derart vorzunehmen, daß von
einem bestimmten minimalen Luftbedarf ab bis hinab zu niedrigsten Triebwerksluftdurchsätzen
im gesamten Fluggeschwindig keitsbereich der Lufteinlauf leistungsoptimal geregelt
werden kann, wobei die erforderliche Stabilität der aerodynamisch geschlossenen
Luftabblasklappen-Regelschleife sowie ausreichendes Ansprechverhalten und gleichzeitig
die Verträglichkeit von Einlauf und Triebwerk gewährleistet ist.
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Gemäß dem hier vorgeschlagenen Regelungskonzept wird diese Aufgabe
dadurch gelöst, daß als Regelparameter für die Luftabblasklappenregelung ebenso
wie für die Rampenregelung ein variables Verhältnis von @B PsB/Pt verwendet wird
und gleichzeitig die Rampenstellung als Funktion der Luftabblasklappenstellung gesteuert
wird. Insbesondere ist das Regelungskonzept dadurch gekennzeichnet, daß dieses dimen.sionslose
Druckverhältnis 9B-SOLLDD zur Regelung der Luftabblasklappe in Abhängigkeit von
Luftabblasstellungssignal (XDD - IST) im Regler gerechnet wird und als Soll-Wert
der im Rqgler vorhandenen @BDD-Summierstelle mitgeteilt wird, so daß sich jeweils
der vorher durch Windkanal- und Flugversuch ermittelte optimale Leistungspunkt in
einer aerodynamisch geschlossenen Regelschleife automatisch einstellt. Darüber hinaus
ist das konzept noch dadurch gekennzeichnet, daß die maximal zulässige Rampenstellung
@R- MAX gleichzeitig als Funktion der Luftabblasklappenstellung (XDD IST) ebenfalls
im Regler berechnet wird und der im Regler vorhandenen XR-Summierstelle für die
Rampenstellung mitgeteilt wird, so daß sich die Einlauframpen auf die jeweils kommandierte
Stellung &R MAX einstellen.
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Auf diese Art und Weise ist es möglich, für den jeweiligen Be triebspunkt
des Antriebssystems jede gewünschte Zuordnung von Rampenstellung tu Luftabblasklappenstellung
zu realisieren.
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In Fig. 3 ist das Regelungskonzept als Blockdiagramm dargestellt und
wird im folgenden im Detail beschrieben. Hierbei wird ebenfalls auf Fig. 2C und
2D verwiesen, wo als Beispiel für einen Flugfall Kontrollinien für Rampen und Luftabblasklappe
für Luftabblasbetrieb aufgetragen sind. Für jede andere beliebige Flugbedingung
gelten entsprechende Diagramme des Einlaufs. Des.
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halb sind zunächst für Jeden Flugfall aus Versuchsergebnissen die
entsprechenden Werte für @R-MAXREF und @B-REFDD zu bestimmen, die dann entsprechend
Fig. 3 in Abhängigkeit von Machzahl (Ps/Pt) und Anstellwinkel (α) im Digitalteil
des Einlaufregelsystems gespeichert sind. Aufgrund der gemessenen Flugmachzahl (P/pt)
und des Anstellwinkels (°<) werden dann aus diesen Werten vom Einlaufregelsystem
die entsprechenden Daten für @R-MAXREF bzw. @R-MAX und @B-REFDD berechnet und an
die entsprechenden Summierstellen bzw. Begrenzer im Regler weitergegeben. Für geschlossene
Luftabblasklappe begrenzt dabei @R-MAXREF die maximal zulässige Rampenstellung.
Für den Fall, daß @R-MAXREF aufgrund der Rampenregelung erreicht ist lz. B. Punkt
3 in Fig.
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2B), bleibt die Luftabblasklappe so lange geschlossen, solange r)13.IST
kleiner als @B-REFDD ist, das ebenfalls vorher im Regler berechnet wurde und als
Grenzwert an der @B-Summierstelle für die Luftabblasklappenregelung ansteht. Übersteigt
der gemessene Wert @B-IST den Wert 78-REFDD, so beginnt die Luftabblasklappe zu
öffnen. Durch Messung der Luftabblasklappen.Stellgröße XDD-IST über ein analog-digitales
Interface wird die aktuelle Luftabblasklappenstellung ermittelt und aus einer oder
mehreren Kurven AriBDD =f(XDDIST) und #@R-MAX = f(XDDIST), die ebenfalls als Software
im Digitalteil. des Einlaufreglers gespeichert sind, werden: a) ein #@R-MAX berechnet
und zu @R~MAXREF addiert, wodurch die Einlauframpen um diesen Betrag weiter geschlossen
werden und b) ein #@BDD-SOLL berechnet, das zu @B-REFDD addiert wird und das neue
9B-SOLLDD für die Luftabblasklappenregelung darstellt. Die Luftabblasklappengeometrie
wird nun so lange vom Regelsystem verstellt, bis 7B-SOLLDD 5 @B-IST ist. Während
dieses
Regelungsvorganges werden gleichzeitig die Einlauframpen entsprechend a) weiter
geschlossen, so daß für den Gleichgewichtspunkt 7B-SOLLDD = @B-IST die Einlauframpen
und die Luftabblasklappe in einer ganz bestimmten Stellung zueinander stehen, damit
der stationäre Regelpunkt entsprechend den Regellinien in Fig. 2B und 2C leistungsoptimal
und innerhalb der Grenzen G1 und G2 liegt. Die gegenseitige Stellungszuordnung von
Einlauframpen und Luftabblasklappe im jeweiligen Betriebspunkt wird durch die gewählten
Steigungen #@R/#@ DD bzw. #@B/#@DD bestimmt. So bedeutet z. B. Wahl einer großen
Steigung #@R/#@DD in Fig. 2C eine relativ große Rampenverstellung pro Luftabblasklappenöffnungswinkel
und z. B. Wahl einer großen Steigung #@B/#@DD in Fig. 2C geringeres Öffnen der Luftabblasklappe
als bei kleiner Steigung und umgekehrt. Der aktuelle Betriebspunkt des Einlaufs
kann so willkürlich sehr einfach durch Wahl der geeignetsten Steigungen bzw. Form
der Regellinien #@R = (XDD-IST) bzw. #@B 2 f(XDD-IST) in Fig. 2C im Hinblick auf
Leistung und Stabilität des Antriebs systems festgelegt werden.
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- Patentansprüche -
L e e r s e i t e