DE3201010A1

DE3201010A1 - Vorrichtung zum einregulieren der arbeitstemperaturen und zum synchronisieren der leitradgeschwindigkeiten von turbinen

Info

Publication number: DE3201010A1
Application number: DE19823201010
Authority: DE
Inventors: Thomas A. 06880 Westport Conn. Dickey
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp
Priority date: 1981-03-30
Filing date: 1982-01-12
Publication date: 1982-10-07
Also published as: JPS57165632A; BR8201832A; CA1161527A; IT8220466A0; GB2095755A; IT1151860B; FR2502697A1; SE8107800L

Description

Die Erfindung betrifft ein Temperaturregel- und Leitradgeschwindigkelts-Synchroniersystem für ein Mehrtürbinen-Flugzeug. Dieses System kompensiert automatisch den Wirkungsgrad der Turbine und führt zu einer Veränderung der Höhe während des Steig- und Normalfluges.

Gemäß der US-PS 3 368 346 ist ein Verfahren auf dem einschlägigen für die Geschwindigkeitssynchronisation bekannt geworden. Bei diesem System wird die Geschwindigkeit der Turbinen synchronisiert vermittels überwachen und Vergleichen der Kompressordrücke mehrerer Turbinen. Eine Instrumentierung an der Turbine, die den geringsten Druck entwickelt, führt dazu, daß ein Ventilteil geöffnet wird, so daß eine erhöhte Brennstoffmenge der Brennkammer dieser Turbine zugeführt wird.

Die US-PS 3 864 287 beschreibt eine Anordnung, für das Steuern einer Turvbogefcfläse Turbine zwecks Kompensieren von Vorgängen wie einer Verschlechterung der Funktionsfähigkeit in Abhängigkeit von den Betriebsstunden, vergrößerte Höhe oder erhöhte Leistungsentnähme. Die Steuerung wird bewerkstelligt vermittels des Anwendens einer elektronischen Uberwachungseinheit, die die Turbineneinlaßtemperatur, den Druck in der Verbrennungskammer, die Geschwindigkeit des Leitradrotors und hohe Rotorgeschwindigkeit überwacht.

Die einschlägigen Systeme nach dem Stand der Technik im Zusammenhang mit Flugzeugen, die wenigstens ein paar Gasturbinen aufweisen, betreffen die Geschwindigkeitssynchronisation, üblicherweise wird die Geschwindigkeitssynchronisation dadurch erreicht, daß die Leitradgeschwindigkeit jeder Turbine festgestellt und ein Vergleich der Messungen ausgeführt wird. Wenn ein Unterschied vorliegt, wird ein Signal erzeugt, daß die Geschwindigkeit einer Turbine so einstellt, daß die Differenz eliminiert wird. Oftmals wird dies so durchgeführt, daß eine Turbine als Hauptturbine und die andere Turbine bzw. Turbinen als untergeordnete Turbine bzw. Turbinen bezeichnet werden.

Erfindungsgemäß wird ein ähnliches geschlossenes Geschwindigkeits-Synchronisationssystem angewandt, jedoch ist jede Turbine mit einer Drosselventil-Einstellung versehen, die durch ein elektronisches Signal betätigt werden kann. Weiterhin wird die Interturbinen-Tempe-

ratur jeder Turbine festgestellt und mit einer vorgewählten Arbeitstemperatur verglichen, die allgemein in Abhängigkeit von der Turbinenbewertung ausgewählt wird. Wenn die Temperatur der Turbine sich gegenüber einem vorgewählten Wert verändert, wird ein Signal erzeugt, das den Leistungshebel der Brennstoffsteuerung dieser Turbine einstellt zwecks Aufrechterhalten der gewünschten Temperatur. Die Geschwindigkeit der anderen Turbine wird dann entsprechend synchronisiert.

Bei dem Betrieb wird der Pilot manuell das Drosselventil so einstellen, daß die gewünschte Turbinenleistung erhalten wird, und an diesem Punkt wird die Temperatur ausgewählt und gespeichert. Die Temperatursteuerung und das Geschwindigkeits-Synchronisationssystem werden sodann in Funktion gesetzt und von dann an wird die gewünschte Temperatur während des Normalfluges aufrechterhalten.

Das Temperatureinstell/Synchronisationssystem (TT/S) überwacht und führt zu einer geschlossenen Steuerung der Gasturbinen,wie sie an der ersten Leistungsturbinenstufe jeder Turbine des Flugzeuges gemessen wird, wobei gleichzeitig die Leitradgeschwindigkeiten synchronisiert werden. Der Erfindungsgegenstand wird anhand eines Flugzeuges mit zwei Turbinen erläutert. Erfindungsgemäß kann jedoch auch ein Flugzeug mit mehr als zwei Turbinen ausgerüstet werden.

Das TT/S System arbeitet indem Signale bezüglich der Leitradgeschwindigkeit und der Turbinentemperatur einer elektronischen Hauptsteuerungseinheit zugeführt werden. In Abhängigkeit von den eintreffenden Signaldaten betätigt die Hauptsteuereinheit die Vestellorgane der Leiesturgshebel, die jeden Brennstoffhebel um einen kleinen Betrag in jeder Richtung bewegen unter Korrigieren der Geschwindigkeit und der Temperatur. Das System weist eine begrenzte Authorität auf und der Pilot kann jeder Zeit dasselbe außer Funktion setzen, indem einfach eine Bewegung der üroseelventile erfolgt.

Um das System zu betätigen, benutzt der Pilot eine Mehrzahl an Schaltern und Meßvorrichtungen. Es liegen vor eine Steuerschalter im Cockpit, der drei Lagen besitzt, und zwar "abgeschaltet",

"oinqestellt" und "Funktion", ein Paar Doppeianzeigeriampen, die den Piloten informieren, ob die Turbinen zu schnell oder zu langsam laufen, ein TemperaturauwShlschalter, der von dem Piloten zuvor auf die gewünschte Turbinentemperatur während des Fluges eingestellt wird und Meßvorrichtungen, die die Ablesungen der Turbinentemperatur für jede Turbine ergeben (gemessen als Gastemperatur oder MGT) .

Während des Startens hält der Pilot das TT/S System im "abgeschalteten" Zustand. Nach dem Start wird die Leistung verringert und die Drosselventile werden auf die Bedingungen eines Normal-/Steigfluges erneut eingestellt, wobei der Schalter in den "eingestellten" Zustand gelegt wird. Bei der "eingestellten" Arbeitsweise regelt der Pilot manuell die Drosselventilhebel und beobachtet sowohl die Temperaturmeßvorrichtungen als auch die Doppelanzeigerlampen. Die Temperaturmeßvorrichtungen werden überwacht, so daß die gemessene Gastemperatur (MGT) jeder Turbine sich bei oder unter dem Wert befindet, der zuvor in der Temperaturauswahlvorrichtung emngestellt worden ist. Sodann verringert der Pilot die Geschwindigkeit der schnelleren Turbine, wie sie durch die Doppelanzeiger-Lampen angezeigt wird, so dß die Turbinen synchronisiert werden. Nachdem dies erreicht worden ist, schaltet der Pilot den Schalter in die "Funktion" Lage. Bei der "Funktion"-Arbeitsweise übernimmt die Hauptsteuerungseinheit das Kommando. Das automatische System legt automatisch die letzte festgestellte Temperatur jeder Turbine als einen Wert fest, der nicht überschritten werden soll. Weiterhin werden die Einstellungen der Leistungshebel inkrementell angepaßt, um so zu der Geschwindigkeits-Synchronisation der Leiträder zu führen.

Die Hauptsteuerungseinheit löst diese Aufgabe durch Anwenden eines 8-Bit Mikrokomputers mit 27 Eingangs/Ausgangsleitungen, einem 1024 Wortprogramm-Speicher, einem 64 χ 8 Ram Datenspeicher, einem Oszillator und Taktgeberkrtises, einem 8-Bit Zeitgeber/Zähler und einem 8-Bit zentralen Prozessoreinheit.

Die Meistersteuerungseinheit gibt Signale ab, die die Verstellorgane der Leistungshebel betätigen. Ein Versteliorgan für die Leistungshebel ist in Serie mit dem Drosselventilhebel des Piloten und dem Brennstoffsteuerventil an jeder Turbine verbunden. Jedes Verstellorgan}, für die Leistungshebel ist in der Lage, den effektiven, zuvor eingestellten Wert des Hebels für die Brennstoff steuerung um einen geringen Betrag zu erhöhen oder zu verringern, und zwar typischer Weise um sechs Grad in jeder Richtμng. Bei einem Flugzeug mit mechanischem Verbindungsgestänge für die BrennstoffSteuersysteme kann eine Anpassung der Winkelstellungen der Leistungshebel erzielt werden unter Anwenden eines magnetspulenbetätigten Nockens.

Erfindungsgemäß kann der Pilot eine gewünschte Steigflug- oder Normalflug-Temperatur eingeben, das Drosselventil einstellen, und sodann wird das System die Temperatur kontant und die Turbinen synchronisiert halten. Wis in dem Fall eines einzigen Synchronisierungssystems behält das Drosselventil jeder Zeit das volle Kommando, unabhängig davon, ob das Anpaß- oder Einstellsystem angeschaltet oder abgeschaltet ist. Der Vorteil dieses Systems bezüglich der Steuerung eines Mehrturbinen-Flugzeuges vermittels des erfindungsgemäßen Systems liegt in folgendem:

1. Es sind keinerlei graphische Aufzeichnungen oder Komputer für den normalen Flug nach dem Start erforderlich;

2. der Schubwert relativ zu dem maximalen zulässigen Wert ist auf einen Blick zu erkennen (MGT eingestellt gegen MGT maximaler

- Wert.

3. Die Wirkungen unterschiedlicher Beträge der Leistunqsentnalune und abgeblasener Luft (wie z.B. wenn Enteisungsluft angewandt

wird) ergeben sich an der Temperatürmeßvorrichtung und können automatisch durch das TT/S System kompensiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein teilweise in Blockform ausgeführtes schematisch.es Diagramm des erfindungsgemäßen Steuersystems für zwei Turbinen;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm des Hauptsteuerabschnittes des in der Figur 1 gezeigten Systems;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Betätigungsteils der

Leistungshebel gemäß dem System nach Figur 1.

In der Figur 1 ist ein Temperaturregel-Synchronisierfe-Systern gezeigt, das für die gleichzeitige Steuerung von zwei Turbinen 50 und 52 angewandt wird. Die Turbine 50 weist eine in einem ringförmigen Gehäsue 56 umlaufende Leitradstufe 54 auf. Der durch die Leitradstufe 54 beschleunigte Luftstrom teilt sich. Die Primärluft tritt in den Kanal 58 ein, während die Sekundärluft nach hinten durch die ringförmige Umströmleitung 60 fließt und wird schließlich am hinteren Ende der Turbine als kalter Gasstrom abgegeben. Der primäre Luftstrom in dem Kanal 58 wird in der Kompressorstufe 62 komprimiert und nach Hindurchtreten durch einen Diffusor tritt derselbe in die Verbrennungskammer 64 ein, wo Brennstoff zugesetzt zwecks Ausbilden heißer Verbrennungsprodukte. Die aus der Verbrennungskammer 64 austretenden heißen Gase treiben zunächst den Turbinen-Gaserzeuger 66 an. Die hierbei aufgenommene Leistung dient dem Antrieb des Kompressorabschnitts der Turbine. Der von dem Turbinen-Gaserzeuger 66 nach hinten abfließende heiße Gasstrom treibt die Leistungsturbine 68 an. Die Leistungsturbine 68 ist über die Welle 70 und das Getriebe 72 mit der Leitradstufe 54 verbunden. Die Konfiguration der Turbine 52 ist hier so gezeigt, daß dieselbe identisch mit derjenigen der Turbine 50 ist.

Erfindungsgemäß wird jede Turbine 50 und 52.mit zwei Sensoren versehen. Hierbei handelt es sich einmal um einen Sensor, der die Umdrehungszahl (N₁) der Leitradstufe 54 feststellt. Bei der praktischen Ausführungsform stellt der Geschwindigkeitssensor 74 eine magnetische Aufnahmevorrichtung dar. Der zweite Sensor überwacht die Gastemperatur des Leitrades der ersten Turbine (TT₁). Derselbe ist hier als Temperatursensor 76 wiedergegeben, der in typischer Weise ein Thermoelement ist.

Die Turbine 52 ist in ähnlicher Weise instrumentiert. Die Geschwindigkeit (N₂) der Leitradstufe der Turbine 52 wird durch den Geschwindigkeitssensor 78 überwacht. Die Gastemperatür (TT₂) der ersten Leistungsstufe der Turbine wird durch den Temperatursensor 80 überwacht.

Elektronische Signale, die die Leitradgeschwindigkeiten und die Turbinentemperaturen der zwei Turbinen wiedergeben, dienen als Eingangssignale für die Hauptsteuerung 82. Die Signale werden durch allgemein bekannte Wandler erzeugt, wobei erforderlicehenfalls entsprechende Signalverstärker vorliegen.

Der Hauptsteuerabschnitt arbeitet unter der Kontrolle des Flugzeugpiloten. Der Pilot wird vor dem Start den gewünschten Grenzbereich der maximalen Temperatur für die Turbinen vermittels des Temperaturwählers 84 auswählen. Dies kann in typischer Weise eine kalibrierte einschlkägige Vorrichtung sein. Nachdem die Hauptsteuerung 82 im -abgeschalteten" Zustand belassen wird, wird der Pilot das Flugzeug starten unter Anwenden der manuell zu betätigenden Drosselventile 86 und 88. Die Umdrehungszahl des Leitrades und die gemessene Gastemperatur (MGT) der ersten Leistungsturbinenstufe ist zuvor bestimmt worden aufgrund der Umweltstemperatur, Gewicht des Flugzeuges, Höhe des Flugfeldes und Länge der Startbahn. Es können mehrere graphische Aufzeichnungen angewandt oder die Information in einen Computer gespeichert werden. Es geht dabei darum, die Lebensdauer der Turbine dadurch zu verlängern, daß nicht mehr Startschub als notwendig angeandt wird. Dies wird bezeichnet als "flexibler Schub" oder "manipulierter Schub". Der maximale Schubwert muß erhalten werden bei einer gemessenen Gasturbine unterhalb des Warnwertes.

Im Anschluß an die erste Leistungsverringerung nach dem Starten wird der Pilot das Temperaturregel/Synchronisationssystem (Τΐ/S) in Funktion setzen. Hierdurch werden zwei Dinge erreicht. Zgnüchst werden die Leitradgeschwindigkeiten N₁ und N., sy-nchronisiert. Zweitens wird die MGT beider Turbinen so überwacht und gesteuert, daß der zuvor in dem Temperaturwähler 84 eingestellte Wert nicht überschritten wird. Die Hauptsteuerung 82 löst diese Aufgabe in Kombination mit den Betätigungsvorrichtungen 90 und 92 für die Leistungshebel. Die Hauptsteuerung 82 signalisiert den Betätigungsvorrichtungen 90 und 92 über die Regelsignalleitungen PL. und PL₉ Signalinstruktionen. Diese Betätigungsvorrichtung unter der r.agelung der Regelsignäle wird über einen kleinen Betrag die zuvor durch den Piloten in die Drosselventile 86 und 88 eingestellten

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Winkelwerte der Leistungshebel anpassen. Wenn somit TC. der durch das Drosselventil 86 zuvor eingestellte Leistungshebel ist, wird das Brennstoff-Steuersignal 94, das der Turbine 50 zugeführt wird, eine Einwirkung durch die Betätigungsvorrichtung 90 unter Instruktionen von dem Regelsignal PL., erhalten unter Abdecken eines Bereiches

TC₁ + Δ TC₁

Bei der praktischen Ausführungsform deckt Δ TC. den Bereich + 6° bis -6 des Leistungshebelwinkels ab und dies entspricht + 10% Leistung.

Das Regelsignal PL2 ergibt ein ähnliches Eingangssignal, wodurch die Betätigungsvorrichtung 92 in die Lage versetzt wird, die Einstellung TC₂ des Leistungshebels um einen kleinen Betrag entweder nach oben oder unten zu verändern. In dieser Weise werden die beiden Turbinen bezüglich der Geschwindigkeit synchronisiert gehalten und gleichzeitig werden deren gemessene Gastemperature^ unter dem Wert gehalten, der zuvor in dem Temperaturwähler 84 eingestellt worden ist.

Die Art und Weise, in der die Hauptsteuerung 82 und die Betätigungsvorrichtung 90 diese Aufgaben lösen, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 erläutert. Die Figur 2 ist eine shematische Darstellung der Hauptsteuerung 82 zusammen mit den damit zusammenarbeitenden Einheiten. Ein Mikrocomputer 100 bildet das Herz' der Hauptsteuereinheit. Bei der praktischen Ausführungsform handelt es sich bei dem Mikrocomputer 100 um einen 8-Bit Intel Type 8748. Dieser Computer kann durch den Benutzer programmiert werden und besitzt einen löschbarem Eprom-Programmspeicher, der für Prototypen- und Vorproduktionssysteme vorgesehen ist. Die Pin-kompatible Intel Type 8048 mit vom Hersteller programmiertem ROM ist geeigneter, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung in größeren Stückzahlen hergestellt wird. Die in der Figur 2 wiedergegebenen Zahlen 12-38 beziehen sich auf die Mikrocomputer-Pin-Nummern, siehe Seite 365 der Veröffentlichung Microcomputer D.A.T.A. Book, 5. Ausgabe, veröffentlicht bei Cordura Publications Inc., Pinebook, N.J. 07058).

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Elektrische Energie wird de * Hauptsteuerung 82 durch den Anschluß 98 zugeführt, der in Verbindung mit dem Schalter 102 steht. Dieser Schalter 102 weist drei Lagen auf, und zwar O bedeutet "abgeschaltet"; S bedeutet "eingestellt" und E bedeutet "Funktion". Ein logischer Modul 104 führt die "eingestellt" und "Funktion" Kommandos den verschiedenen Elementen in dem Hauptsteuerungspult zu und die gezeigten Doppelpfeile, die den logischen Modul 104 mit dem Mikrocomputer 100 verbinden, sind lediglich symbolhaft für die Leitungsführung dieser Kommandos zu verstehen. Ein die Geschwindigkeit der Leitradstufe der Turbine 50 wiedergebender Impulsstrom tritt in den Anschluß 106 ein. Der die Geschwindigkeit der Leitradstufe der Turbine 52 wiedergebende Impulsstrom tritt in den Anschluß 108 ein. Eine die Temperatur der ersten Leistungsstufe der Turbine 50 wiedergebende analoge Spannung tritt in den Anschluß 110 ein. Ih ähnlicher Weise tritt die die Temperatur von der ersten Leistungsstüfe der Turbine52 wiedergebende analoge Spannung in den AnscMuß 112 ein. Die an den Anschlüssen 110 und 112 vorliegenden analogen Spannungen werden in digitale Bit-Ströme in A-bis-DTKonvertern 111 und 113 umgewandelt, bevor ein Eintritt in den Mikrocomputer 100 erfolgt. Die Komparatoren 114 und 116 ergeben Stufen-Funktionseingaben in den Mikrocomputer, wenn die Temperatur entweder der Turbine 50 oder 52 dem Wert entspricht, der zuvor durch den Piloten an dem Temperaturwähler 84 eingestellt worden ist.

Die Geschwindigkeit beider Turbinen wird dem Piloten visuell vermittels der Anzeigelampen 118, 120, 122 und 124 dargeboten. Wenn die Anzeigelampe 118 leuchtet, so daß ein nach oben gerichteter Pfeil sichtbar ist, weiß der Pilot, daß die Turbine 50 schneller laufen sollte. Wenn die Lampe 120 leuchtet, sollte die Geschwindigkeit der Turbine 50 verringert werden. In gleicher Weise gilt, daß bei Leuchten der Lampe 122 die Turbine 52 beschleunigt werden sollte. Wenn die Lampe 124 leuchtet, sollte die Turbine 52 verlangsamt werden. Bei der praktischen Ausführnngsform ist die Programmierung des Mikrocompeuters so eingestellt, daß bei Abgleich der Leitradgeschwindigkeiten innerhalb eines halben Prozents die Anzeigelampen verlöschen. Es versteht sich, daß die Anzeigelampen 118, 120, 122 und 124 die erforderlichen DC-Treiber auf-

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weisen, so daß das niedrige Ausgangssignal des Mikrocomputers 100 in der Lage die Lampen zu erleuchten.

Die Betätigungsvorrichtungen 90 und 92 für die Drosselventile empfingen ihre Instruktionen von dem Mikrocomputer über die Leitungen 21, 22, 23 und 24. Rückkopplungssignale von diesen Betätigungsvorrichtungen werden über die Leitungen 16 und 17 für die Betätigungsvorrichtung 90 und über die Leitungen 12 und 13 für die Betätigungsvorrichtung 92 gesandt.

Funktionell arbeitet das Temperaturregel/SynchDonisiersystem (TT/S) wie folgt. Nach der anfänglichen Steigephase des Fluges wird der Pilot den Schalter 102 auf die "eingestellte" Lage schalten. Diese Einstellung ermöglicht es, daß die Hauptsteuerung 82 die Leitradgeschwindigkeit jeder Turbine und die gemessene Gastemperatur überwacht, die sich aufgrund der Einstellung der Hebel 86 und 88 ergibt. Während dieser Phase werden die Betätigungsvorrichtungen 90 und 92 in ihre mittlere oder Nullage gebracht und verbleiben in derselben. Gleichzeitig zeigen die Anzeigelampen 118, 120, 122 und 124 dem Piloten, ob die Leitradgeschwindigkeiten der zwei Turbinen innerhalb des Mitnahmebereiches des TT/S-Systems liegen.

Nachdem der Pilot die Steuerhebel der Drosselventile eingestellt hat zwecks Erreichen des angestrebten MGT-Wertes, der an dem Temperaturwähler 84 zuvor eingestellt worden ist, sowie die Leitradgeschwindigkeiten innerhalb des Mitnehmerbereiches der Synchronisiervorrichtung liegen (plus oder minus 1/2 % bei derpraktischen Ausf; hrungsform) wird der Pilot den Schalter 102 in die "Funktion"-

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Eiage bringen.

Bei der "Funktion" Arbeitsweise wird das TT/S System unter der . Anweisung der Hauptsteuerung 82 die zuletzt überwachten MGT Werte als Bezugswerte festlegen und die Betätigungsvorrichtungen 90 und 92 in jeder Richtung antreiben zwecks genauer Einstellung jeder der Leistungshebelwellen für die Brennstoffsteuerung. Immer dann, wenn die Leitradgeschwindigkeiten N^ und N₂ bei den Bezugstemperaturen nicht synchronisiert sind, wird das TT/S System immer die Leistungseinstellung der schneller arbeitenden Turbinen verringern unter Anpassen an die Leitradgeschwindigkeit der langsamer arbeitenden Turbine, um so zu einer Synchronisation der Leitradgeschwindigkeiten zu führen. Hierdurch kann die Temperatur dieser Turbine

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unter deren Bezugswert verringert werden. In keinem Fall wird jedoch die Arbeitstemperatur jeder Turbine den festgelegten Be/.uqswert, innerhalb der Grenzwerte des TT/S Systems, übersehrieten.

Die Figur 3 zeigt wie das Verstellorgan für den Leistungshebel mit einem mechanischen Steuersystem für den Brennstoff arbeitet. Der Drosselhebel 86 des Piloten ist über ein mechanisches Verbindungsgestänge 126 mit dem Hebelarm 28 für das Steuerventil der Turbine 50 verbunden. An einer geeigneten Stelle des Verbindungsgestänges 126 liegt eine Unterbrechung vor, wo gegenüberliegend zueinander angeordnete Druckstangenenden gegen einen .keilförmigen Nocken 130 durch die Feder 132 gehalten werden. Eine Bewegung des keilförmigen Nocteens 130 erfolgt rechtwinklig zu dem Verbindungsgestänge 126. Somit dient die Bewegung des Nockens 130 in das Verblndnngsgestänge 126 dazu, die Entfernung zwischen dem Drosselhebel 86 und dem Hebel 128 des BrennstoffSteuerventils zu verlängern, währendein zurückziehen des Nockens 130 zu einer Verkürzung des Verbindungsgestänges führt. Die Lage des Nockens 130 wird durch die Magnetspule 134 gesteuert.

Wenn der Schalter 102 - siehe die Figur 2- in der "eingestellten" Lage ist, erhält die Magnetspule einen Befehl dahingehend, daß der keilförmige Nocken 130 eine derartige Lage eingenommen hat, daß dessen Mittellinie oder Nullzustand in Linie mit den Druckstabende des mechanischen'Verbindungsgestänges 126 vorliegt. Nach Vorliegen des Nockens 130 in dessen Nullage kann der Pilot sodann den Hebel 86 des Drosselventils so einstellen, daß die Temperatur- und Leitradgeschwindigkeitsbedingungen erreicht werden, wie sie anhand des Temperaturmessers 126 und des Messers für die Umlaufgeschwindigkeit - nicht gezeigt - überwacht werden. Nachdem die manuell eingestellten Kriterien erreicht sind, wird der Pilot sodann den Schalter 102 in die "Funktion"-Lage drehen. Sodann folgt alles weitere durch die Hauptschaltung ö2. Unter der Leitung der Hauptsteuerung wird die Magnetspule 134 zu einer Bewegung nach vorne oder hinten führen, wodurch der keilförmige Nocken 130 weg von der Nullage um einen Betrag bewegt wird, der gerade ausreichend ist, um die Geschwindigkeits- und Temperaturcharakteriktika zu steuern.

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Die vier Verbindungsleitungen zwischen der Hauptsteuerung und der Magnetspule 134 lassen sich am besten anhand der Figur 2 erläutern. Die aus dem Mikrocomputer 100 auf der Leitung 21 kommenden Signale sagen dem Verstellorgan 90 des Drosselventils die Brennstoffzuführung für die Turbine 50 zu erhöhen. Die auf der Leitung 23 vorliegenden Signale sagen dem Verstellorgan 90 für das Drosselventil, die Brennstoffzuführung fürdie Turbine 50 zu verringern. Wenn die Hauptschaltung 82 in der "eingestellten" Lage vorliegt, ergibt die Rückkopplung von dem Verstellorgan 90 längs der Leitungen 12 und 13 eine Information betreffend den Nullzustand des Nockens 130, siehe die Figur 3. Ein auf auf der Leitung 12 vorliegendes Stufensignal zeigt an, daß der Nocken ausreichend weit in der Richtung seiner zunehmenden Dicke bewegt worden ist, während ein Signal auf der Leitung 13 eine ausreichende Bewegung in der Richtung der abnehmenden Dicke des Keils angibt.

Die Bewegung des Verstellorgans 92 wird in ähnlicher Weise erreicht. Von dem Mikrocomputer 100 längs der Leitung 22 kommende Daten signalisieren den Verstellorgan 92 die Brennstoffzuführung zu der Turbine 52 zu erhöhen. Auf der Leitung 24 vorliegende Signale signalisieren, daß das Verstellorgan 92 die Brennstoffzuführung zu der Turbine 52 verringern soll. Auf den Leitungen 16 und 17 vorliegende Rückkopplungssignale sagen dem Mikrocomputer, wann das Verstellorgan 92 die Nullage ausgehend von einem ursprünglichen Zustand an jeder Seite der Mitteillinie erreicht hat. Es versteht sich, daß der Signalverarbeiter und/Oder Line-Treiber für den Mikrocomputer-Modul erforderlich sein können, um eine richtige Anpassung zu den Modulen des Verstellorgans fürden Leistungshebel zu bewerkstelligen, wobei die letzteren meistens direkt an den Turbinen befestigt sind.

Wenn die Turbinen vor dem Landen des Flugzeuges gedrosselt werden, kehren die Verstellorgane der Leistungshebel automatisch in die Nullage zurück. Vom Standpunkt der Sicherheit aus, ist dies wichtig. Wenn z.B. das Verstellorgan einer Turbine ausder Nullage in Richtung einer verringerten Geschwindigkeit verschoben ist, würde das Ergebnis darin bestehen, daß die Turbine mit gefährlich geringer Umlaufgeschwindigkeit während des Gleitvorganges arbeitet. Indem die Verstellorgane automatisch in denNUllzustand immer dann . zurück-

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kehren, wenn der Pilot die Turbinen drosselt, wird während einer positive Steuerung des Flugzeuges während der Landung erzielt.

Im Rahmen der Erfindung können Abwandlungen und Modifizierungen durchgeführt werden, und so wird z.B. das Anwenden von Turbinen ausgerüstet mit einer elektronischen Brennstoffsteuerung lediglich Veränderungen in der Art und Weise erforderlich machen, in der die Verstellorgane für die Leistungshebel ihren Funktionen erfüllen.

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Claims

PATENTANWALT "ViOOO BERLIN 33 ₂ 1 82

MANFRED MIEHE falkenried*

Telefon: (030) 83119 50

Diplom-Chemiker Tclcßrammc: INDUSPROP HkRLlN

Telex: Ollis 443

ÜS/16/2464

AVCO CORPORATION 127b King Street, Greenwich, Conn. 06830 USA

Vorrichtung zum Einregulieren der Arbeitstemperaturen und zum Synchronisieren der Leitradgeschwindigkeiten von Turbinen

Patentansprüche

I1J Vorrichtung zum Einregulieren der Arbeitstemperaturen und zum Synchronisieren der Leitradgeschwindigkeiten von Turbinen, die in Mehrturbinen-Flugzeugen angewandt werden, wobei jede Turbine einen Lufteinlaß, Verbrennungsgas-Auslaß, einen Niederdruckkompressor mit einer Leitradstufe, einen Hochdruckbompressor angetrieben durch eine erste Turbinenstufe, eine zweite Turbinenstufe für den Antrieb der Leitradstufe und eine Brennkammer aufweist, in die Brennstoff für das Erzeugen heißer Gase unter Antrieb der Turbine eingeführt wird, wobei jede Brennkammer einen Brennstoffsteuerungsventil für die Steuerung des zugeführtern Brennstoffs aufweist, sowie die Brennstoffzuführung zu jeder Turbine auf die Einstellung des Drosselventilhebels des Piloten anspricht, gekennzeichnet durch die Kombination der nachfolgenden Merkmale:

a) eine Anordnung für das Messen der Leitradgeschwindigkeit jeder Turbine und das Erzeugen eines ersten Satzes entsprechender elektronischer Signale;

b) eine Anordnung, die auf die Temperatur des Gasstroms der ersten Turbinenstufe jeder Turbine anspricht unter Erzeugen eines zweiten Satzes entsprechender elektronischer Signale;

c) eine Anordnung für das Vorsehen eines dritten elektronischen Signals, das einen Hinweis ergibt auf eine nicht zu überschreitende Temperatur der ersten Turbinenstufe;

d) ein Verstellorgan für den Leistungshebel, der in Serie verbunden ist zwischen dem Drosselventilhebel des Piloten und dem Brennstoff steuerventil jeder Turbine, wobei dieses Verstellorgan in der Lage ist den zuvor eingestellten Wert des Leistungshebels ausreichend zu erhöhen und zu verringern unter Aufrechterhalten der Geschwindigkeitssynchronisation und der Temperatursteuerung der zugeordneten Turbine während des Normalfluges des Flugzeugs und

e) eine Hauptsteuerungseinheit für das Betätigen der Verstellorgane der Leistungshebel unter Regeln der Brennstoffzuführung zu jeder Turbine aufgrund elektronischer Signaldaten, die einen Hinweis ergeben auf die Leitradgeschwindigkeit der Turbine, der gemessenen Gastemperatur jeder ersten Turbinenstufe und den vorgesehenen, nicht zu überschreitenden Temperaturen der ersten Turbinenstufe.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung für das Messen der Leitradgeschwindigkeit jeder Turbine eine magnetische Aufnahmevorrichtung aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Temperatur des Gasstroms in jeder ersten Turbinenstufe ansprechende Anordnung ein Thermoelement und einen Analog-Digitalkonverter aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellorgan für die Leistungshebel vermittels Magnetspulen angetriebenen Nocken aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellorgane für die Leistungshebel in der Lage sind den zuvor eingestellten Wert des Drosselventilhebels um einen Betrag von bis zu + 6 Grad einzustellen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß die Vorrichtung zu einer Temperatureinsteilung und Geschwindigkeitssynchronisation eines Flugzeuges mit zwei Turbinen führt.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vesstellorgan für den Leistungshebel in den Nullzustand zurückkehrt, wenn der Pilot den Drosselventilhebel vorbereitend auf eine Landung zurücknimmt.