DE3314143A1

DE3314143A1 - Stroemungsabrisserkennungsvorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE3314143A1
Application number: DE19833314143
Authority: DE
Inventors: Judith Anne 33458 Jupiter Fla. Foster; John Winston St. 33407 West Palm Beach Fla. Jacques
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1982-06-21
Filing date: 1983-04-19
Publication date: 1983-12-22
Also published as: GB8309929D0; GR78259B; GB2122398A; IT8320847A1; DK189683A; IT1163259B; IL68467A0; DK189683D0; NO831512L; NL8301518A; IT8320847A0; JPS597738A; FR2528907A1; BE896611A

Description

Strömungsabrißerkennungsvorrichtung und -verfahren

Die Erfindung bezieht sich auf Verdichterdrehströmungsabrißwarnsysteme für Gasturbinentriebwerke.

Bei Gasturbinentriebwerken treten zwei Arten des Verdichterströmungsabrisses auf: ein überwindbarer Strömungsabriß, der als "Pumpen" bezeichnet wird und von dem sich das Triebwerk selbst erholen kann, und ein nichtüberwindbarer Drehströmungsabriß, der als "Stagnation" bezeichnet wird und von dem sich das Triebwerk nicht selbst erholen kann. Diese Arten des Strömungsabrisses sind auf dem Gasturbinentriebwerksgebiet bekannt und ihre Ursachen brauclieu hier nicht erläutert zu werden. Es reicht aus festzustellen, daß diese Strömungsabrisse üblicherweise während transienten Triebwerksbetriebes auftreten (d.h. während der Beschleunigung oder der Abbremsung) und daß die meisten wahrscheinlich in Triebwerken auftreten, die Schubverstärker haben, wenn diese Schubverstärker in oder außer Betrieb gesetzt werden .

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Beim Einsetzten entweder eines nichtüberwindbaren Drehströmungsabrisses oder eines überwindbaren Strömungsabrisses steigen die Turbinentemperaturen und die Abgastemperaturen an und die Verdichterdrehzahl nimmt sofort oder später aufgrund einer Unterbrechung der Luftströmung durch das Triebwerk ab. In dem Triebwerk können mehrere überwindbare Strömungsabrißstöße auftreten, bevor es sich von selbst erholt und zu seinem normalen Betrieb zurückkehrt. Der Pilot kann einen merklichen Leistungsverlust wahrnehmen, während dieser Strömungsabrißzustand vorhanden ist. Andererseits kann sich ein nichtüberwindbarer Drehströmungsabrißzustand nicht automatisch selbst korrigieren, sondern erfordert, daß der Pilot das Triebwerk drosselt und schließlich abschaltet, bevor es durch die ständig ansteigenden Gastemperaturen übermäßig beschädigt wird. Der Pilot muß dann das Triebwerk wieder starten. Nachdem das Triebwerk abgeschaltet ist, muß die Triebwerksdrehzahl (d.h. die Verdichterdrehzahl) verringert werden, damit sie in einen vorbestimmten Bereich gelangt (wenn sie nicht bereits in diesem Bereich ist), und der Triebwerkstemperatur (z.B. der Turbineneinlaßtemperatur) muß gestattet werden, unter einen vorbestimmten Wert abzusinken, damit der Pilot eine vernünftige Chance hat, das Triebwerk erfolgreich wieder zu starten. Je bälder der Pilot feststellt, daß das Triebwerk in einem nichtüberwindbaren Strömungsabrißzustand ist, um so besser werden seine Chancen sein, das Triebwerk in den bevorzugten Wiederstartbereich zu bringen und das Triebwerk wieder zu starten.

Triebwerke, die nicht mit einem System zum Erkennen eines nichtüberwindbaren Drehströmungsabrisses ausgerüstet sind, erfordern, daß der Pilot den Triebwerksdrehzahlmesser und den Triebwerkstemperaturmesser überwacht, um auf der Basis der Ablesungen dieser Instrumente und seines Urteils zu entscheiden, ob das Triebwerk in einem nichtüberwindba-

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Q?

ren Strömungsabrißzustand ist oder nicht. Selbst wenn der Pilot die Instrumente genau in dem Augenblick beobachtet, in welchem ein Strömungsabriß (entweder ein drehender oder ein nichtdrehender Strömungsabriß) erfolgt, wird es eine Verzögerung geben, bevor sich die Temperaturen und die Drehzahl des Triebwerks ausreichend ändern, um ihn den Strömungsabrißzustand gewahr werden zu lassen. Der Pilot wird außerdem eine zusätzliche Zeitspanne warten müssen, um sicherzustellen, daß der Strömungsabriß nicht ein überwindbarer Strömungsabriß ist, d.h. ein StrömungsaL^-Lß, von dem sich das Triebwerk selbst erholen kann, bevor er die relativ drastische Entscheidung trifft, das Triebwerk abzuschalten. Diese Verzögerung reduziert seine Chancen zu:n erfolgreichen Wiederstarten des Triebwerks weiter. Es ist deshalb notwendig, daß ein System zum Erkennen eines nichtüberwindbaren Strömungsabrisses in der Lage ist, zwischen einem nichtüberwindbaren Drehströmungsabriß und einem überwindbaren Strömungsabriß zu unterscheiden, um zu vermeiden, daß der Pilot unnötigerweise das Triebwerk abzuschalten und wiederzustarten hat, was überhaupt eine gefährliche Situation ist.

Die US-PS 3 4 26 322 beschreibt ein System zum Erkennen eines Verdichterströmungsabrisses, obgleich die Art des Verdichterströmungsabrisses in dieser Patentschrift nicht erläutert ist. Grundsätzlich wird gemäß dieser Patentschrift immer dann, wenn die Abgastemperatur über einem vorbestimmten Wert ist und gleichzeitig die Triebwerksdrehzahl zwischen einem vorbestimmten oberen und einem vorbestimmten unteren Grenzwert ist und dieser Zustand für eine vorbestimmte Zeitspanne andauert (10 s sind als Beispiel angegeben), ein Warnsignal erzeugt, das der Flugzeugbesatzung meldet, daß das Triebwerk in einem Verdichterströmungsabrißzustand ist. Wenn ange-

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nommen wird, daß das System vor einem nichtüberwindbaren Strömungsabriß warnen soll, so kann der Patentschrift nicht entnommen werden, wie gut das System zwischen nichtüberwindbaren und überwindbaren Strömungsabrissen unterscheidet. Eines ist jedoch gewiß, nämlich daß das System wahrscheinlich nicht in der Lage sein wird, den Piloten vor einem Strömungsabrißzustand bälder als vor Ablauf der in das System eingebauten Verzögerungszeit zu warnen.

Mehrere weitere Patentschriften, die den Stand der Technik bezüglich Strömungsabrißwarnsysteinen darstellen, sind die US-Patentschriften 3 867 717, 4 060 980, 4 118 926 und 4 137 710, wobei in den letzten drei Fällen die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung die Patentinhaberin ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verdichterdrehströmungsabrißwarnsystem zu schaffen, das in der Lage ist, zwischen überwindbaren und nichtüberwindbaren Verdichterströmungsabrissen zu unterscheiden.

Es soll ein System zum Warnen vor einem nichtüberwindbaren Verdichterdrehströmungsabriß geschaffen werden, das schneller und genauer das Vorhandensein eines nichtüberwindbaren Strömungsabrißzustands erkennen kann als bekannte Systeme.

Gemäß der Erfindung wird ein Verhältnis der Triebwerksdrehzahl N zu der Triebwerkstemperatur T berechnet, und es wird ein Ausgangssignal erzeugt, das einen nichtüberwindbaren Verdichterdrehströmungsabrißzustand angibt, wenn das Verhältnis N/T auf einen vorbestimmten Wert abnimmt.

Der in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Begriff Triebwerksdrehzahl ist die Drehzahl des Verdichters (des einen oder anderen Verdichters in einem Zweiwellen-Triebwerk), und die Triebwerkstemperatur ist die Temperatur des Gasstroms an irgendeinem Punkt stromabwärts der Brennkammer.

Es ist bekannt, daß beim Einsetzen der meisten überwindbaren oder nichtüberwindbaren Verdichterströmungsabrisse die Triebwerkstemperatur anzusteigen beginnt. Die Triebwerksdrehzahl kann am Anfang zunehmen oder abnehmen, wenn aber ein Strömungsabrißzustand andauert, wird sie später unter ihren Wert zur Zeit des Einsetzens des Strömungsabrisses abnehmen. Wenn der Strömungsabriß ein überwindbarer Strömungsabriß ist, wird die Temperatur schließlich aufhören anzusteigen und zu fallen beginnen, und die Triebwerksdrehzahl wird aufhören abzusinken und wird ansteigen, bis später beide zu normalen Werten zurückkehren. Andererseits, wenn es sich um einen nichtüberwindbaren Drehströmungsabriß handelt, wird die Temperatur weiterhin zunehmen, und die Triebwerksdrehzahl wird später relativ steil abfallen und weiterhin abnehmen, wenn der Pilot nicht korrigierend eingreift, um diesen Strömungsabrißzustand zu beseitigen.

Durch Experimente ist festgestellt worden, daß in einem Gasturbinentriebwerk das Verhältnis N/T der Triebwerksdrehzahl N zur Triebwerkstemperatur T im allgemeinen beim Einsetzen des einen oder anderen Typs von Strömungsabrißzustand zu fallen beginnt, daß es aber innerhalb mehrerer Sekunden umkehren und zunehmen wird, wenn der Strömungsabriß vom überwindbaren Typ ist. Wenn der Strömungsabriß vom nichtüberwindbaren Typ ist, wird das Verhältnis fortfahren, weiter und schneller abzunehmen. Wegen der klaren Unterscheidung zwischen den überwindbaren und nichtüberwindbaren N/T-Kennungen hat es sich als nützlich erwiesen, einen Wert von N/T zu wählen, der un-

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mittelbar unter dem niedrigsten Wert liegt, welcher erwartungsgemäß während eines überwindbaren Strömungsabrisses unter allen vernüftigerweise zu erwartenden Möglichkeiten von Betriebsbedingungen auftreten kann. Wenn der überwachte Wert von N/T abnimmt oder unter den gewählten Wert absinkt, so ist bekannt, daß ein nichtüberwindbarer Drehströmungsabrißzustand vorhanden ist, und es kann sofort ein Ausgangssignal gesendet werden, um den Piloten zu warnen. Bei dem FiOO-Triebwerk der Firma Pratt & Whitney ist das Warnsystem nach der Erfindung in der Lage, einen nichtüberwindbaren Strömungsabrißzustand nicht später als etwa sieben Sekunden nach dessen Einsetzen in großen Höhen und noch beträchtlich schneller in niedrigeren Höhen, wo die Temperaturen schneller ansteigen, zuverlässig zu erkennen. Diese Eigenschaft stellt dem Piloten mehr Zeit zum Wiederstarten des Triebwerks zur Verfügung, wenn er es in niedrigen Höhen ausführen muß.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema und Blockschaltbild eines

Zweikreis-Mantelstromtriebwerks mit Schubverstärker, das das Strömungsabrißwarnsystem nach der Erfindung enthält, und

Fig. 2 ein Diagramm, das einen Vorteil der Er

findung gegenüber dem Stand der Technik veranschaulicht.

Es ist bekannt, wie oben dargelegt, daß nach dem Einsetzen eines überwindbaren oder eines nichtüberwindbaren Verdichterströmungsabrisses die Triebwerksdrehzahl N

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insgesamt abnimmt, während die Triebwerkstemperatur T zunimmt. Trotz dieser Ähnlichkeit zwischen diesen beiden Strömungsabrißtypen hat es sich gezeigt, daß das Verhältnis von N/T für jeden Typ von Strömungsabriß tatsächlich eine ziemlich eindeutige Kennung hat. Es ist nämlich herausgefunden worden, daß der Wert von N/T während jedes überwindbaren Strömungsabrisses nicht über einen gewissen Wert für W/T hinaus abnimmt und daß der Wert von N/T für alle nichtüherwindbaren Strömungsabrisse immer unter diesen Wert abnimmt. Es ist weiter festgestellt worden, daß wahrend überwindbaren Strömungs abrissen die Triebwerke ihren niedrigsten Wert von N/T innerhalb sehr weniger Sekunden erreichen. Aus diesen Feststellungen wurde die Erkenntnis gewonnen, daß ein Wert X für N/T gewählt werden kann, der unmittelbar unterhalb des niedrigsten Wertes liegt, welcher durch überwindbare Strömungsabrisse erreicht wird, und daß dieser Wert eine positive Anzeige über das Vorhandensein eines nichtüberwindbaren Strömungsabrißzustands in dem Triebwerk sein wird.

Eine schematische Darstellung des Strömungsabrißwarnsystems nach der Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt, in der ein Gasturbinentriebwerk schematisch dargestellt und insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. In diesem besonderen Beispiel ist das Triebwerk 10 ein Zweikreis-Mantelstromtriebwerk mit Schubverst£*kung, das einen Niederdruckverdichter 12 und daran anschliessend einen Hochdruckverdichter 14 hat. Der Niederdruckverdichter 12 enthält den Fan und wird durch die Niederdruckturbine 16 angetrieben, mit der er durch eine Welle 18 verbunden ist. Der Hochdruckverdichter 14 wird durch eine Hochdruckturbine 20 angetrieben, mit der er durch eine Welle 22 verbunden ist. Eine Brennkammer 24, der Brennstoff zugeführt wird, liefert die Energie für den Antrieb der Turbinen 16 und 20. Ein Schubverstärker

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26 ist in dein Abgaskannal 28 stromabwärts der Turbine 16 angeordnet. Die Gase, die durch die Turbinen hindurchgehen, werden in einer verstellbaren Schubdüse 30 entspannt.

Gemäß Fig. 1 werden die Triebwerksdrehzahl N und die Triebwerksgasstromtemperatur T gemessen, und Signale, die die Werte von N und T angeben, werden einer Steuereinrichtung 32 zugeführt, die den Wert von N/T berechnet und ihn mit einem vorbestimmten Wert X vergleicht. Wenn der Wert von N/T unter den Wert von X abnimmt, dann ist bekannt, daß das Triebwerk in einem Zustand nichtüberwindbaren Drehströmungsabrisses ist, und es wird ein akustisches und/oder optisches Warnsignal zu dem ; Piloten gesendet, so daß er sobald wie möglich korrigierend eingreifen kann= Das Signal kann außerdem zu dem Triebwerksregelsystem, falls ein solches vorhanden ist, gesendet werden, damit eine automatische Korrektur erfolgt. In diesem Beispiel wird die Hochdruckverdichterdrehzahl als Triebwerksdrehzahl N und die Einlaßtemperatur an der Niederdruckturbine als Triebwerksgasstromtemperatur T benutzt=

Ein Wert für X von 5,6 wurde zur Verwendung in dem Strömungsabrißwarnsystem benutzt, das für das F100-Triebwerk bestimmt ist, nachdem in Betracht kommende Strömungsabrißdaten aller Arten sorgfältig analysiert worden waren. Wie in dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel wurde die Hochdruckverdichterdrehzahl (in ü/min) als Triebwerksdrehzahl N und die Einlaßtemperatur (in ⁰F) an der Niederdruckturbine als Triebwerksgasstromtemperatur T benutzt. In einer Serie von in Meereshöhe durchgeführten Triebwerkstests, die durchgeführt wurden, um die Wirksamkeit des Strömungsabrißerkennungssystems nach der Erfindung zu ermitteln, wurden 104 nichtüberwindbare Strömungsabrisse durch verschiedene

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Maßnahmen in einem großen Bereich von Triebwerkszuständen hervorgerufen. Jeder dieser Strömungsabrisse wurde bei = = 5,6 erkannt. Außerdem wurden 47 Strömungsabrisse des überwindbaren Typs hervorgerufen. Nur ein überwindbarer Strömungsabriß wurde fälschlicherweise als ein nichtüberwindbarer Strömungsabriß erkannt, weil der Wert von N/T während dieses besonderen Strömungsabrisses einen niedrigen Wert von 5,53 erreichte. Diese einzige Falscherkennung wurde nicht als ausreichende Basis zum Senken des Wertes von X betrachtet, weil die Bedingungen, die dem Triebwerk auferlegt· wurden, um einen solchen Strömungsabriß hervorzurufen, extremer waren als jede Bedingung, die während eines tatsächlichen Fluges tatsächlich auftreten könnte.

In einer Serie von Höhentests wurden 44 nichtüberwindbare Strömungsabrisse bei niedriger Leistung und vier nichtüberwindbare Strömungsabrisse bei hoher Leistung hervorgerufen, und alle wurden unter Verwendung eines Wertes von X = 5,6 erkannt. Sechzehn überwindbare Strömungsabrisse bei niedriger Leistung und 54 Strömungsabrisse bei hoher Leistung wurden ebenfalls hervorgerufen, und keiner wurde fälschlicherweise als nichtüberwindbarer Strömungsabriß erkannt. Weiter gab es keine Falscherkennungen während allen normalen transienten Triebwerksbetriebszuständen, die alle einen Wert von N/T deutlich oberhalb des Erkennungsgrenzwertes von 5,6 aufrechterhielten.

In allen getesteten Fällen dauerte es nicht länger als 7 s ab dem Einsetzen des Strömungsabrisses, um die nichtüberwindbaren Strömungsabrisse zu erkennen, wobei die mittlere Zeit viel kleiner war. Während der vorerwähnten Tests in Meereshöhe betrug die mittlere Erkennungszeit ungefähr eine Sekunde. Diese Erkennungszeiten erweisen sich als sehr günstig im Vergleich zu der Zeit, die ein Pilot benötigt, um das Vorhandensein eines

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nichtüberwindbaren Strömungsabrisses in einem Flugzeug zu erkennen, das Triebwerke hat, die nicht mit dem Warnsystem nach der Erfindung ausgerüstet sind. In solchen Fällen muß sich der Pilot auf seine Temperatur- und Drehzahlmeßinstrumente und auf sein Urteilsvermögen verlassen, um das Vorhandensein eines nichtüberwindbaren Strömungsabrisses zu bestimmen. Die Zeit, die der Pilot ab dem Strömungsabriß benötigt, um davon überzeugt zu sein, daß sich das Triebwerk in einem nichtüberwindbaren Strömungsabriß befindet, kann zwischen etwa 10 und 40 s variieren, was von verschiedenen Bedingungen abhängig ist. Es wird geschätzt, daß das Warnsystem nach der Erfindung, wenn es in dem F100-Triebwerk benutzt wird, den Piloten über das Vorhandensein eines nichtüberwindbaren Strömungsabrisses zwischen etwa 5 und 35 s informieren wird, bevor er selbst diesen Zustand erkannt haben würde.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das auf vereinfachte Weise den Vorteil veranschaulicht, den der Pilot dadurch hat, daß er eine frühe Warnung über das Vorhandensein eines nichtüberwindbaren Strömungsabrißzustands empfängt. Die Gasstromtemperatur T ist auf der horizontalen Achse aufgetragen und nimmt von links nach rechts zu. Die Triebwerksdrehzahl N ist auf der vertikalen Achse aufgetragen und nimmt in Fig. 2 von unten nach oben zu. Die dikke ausgezogene Linie, die mit A bezeichnet ist, hat den

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konstanten Wert - = X. Die kreuzschraffierte Fläche, die mit B bezeichnet ist, stellt das Triebwerkswiederstartfenster dar. Wenn ein Triebwerk während des Fluges abgeschaltet wird, müssen seine Drehzahl und seine Temperatur in das Fenster B gebracht werden, damit der Pilot eine vernünftige Chance hat, das Triebwerk wieder starten zu können. In dem Diagramm ist das Fenster durch eine maximale Temperatur T¹, durch eine minimale Triebwerksdrehzahl N' und durch eine maximale Triebwerksdrehzahl N" begrenzt. Die Kurve C stellt Triebwerksbedingungen

nach dem Einsetzen eines nichtüberwindbaren Drehströmungsabrisses dar, das bei einem Punkt m erfolgt. In dieser vereinfachten Darstellung eines Strömungsabrisses nimmt die Drehzahl ab und die Geschwindigkeit zu, wenn der Strömungaabrißzustand anhält» In einem Punkt ρ ist der Wert von N/T gleich X, und es wird gemäß der Erfindung ein Strömungsabrißwarnsignal zu dem Piloten gesendet. In diesem besonderen Fall reagiert der Pilot auf dieses Warnsignal durch Abschalten des Triebwerks in einem Punkt s. Die Triebwerkstemperatur beginnt sofort abzusinken, zusammen mit der Triebwerksdrehzahl, was durch die Kurve D dargestellt ist. Wenn die Triebwerksbedingungen in das Wiederstartfenstergebiet B in dem Punkt t eintreten, kann der Pilot versuchen, das Triebwerk wieder zu starten. Der Eintritt in das Gebiet B durch Überqueren der Rotordrehzahllinie N" gibt dem Piloten das maximale Ausmaß an Zeit zum Wiederstarten des Triebwerks und zum Beschleunigen, beispielsweise längs der strichpunktierten Linie Q, auf einen normalen Triebwerksbetriebszustand.

Die Kurven E und F veranschaulichen, was passiert, wenn es eine Verzögerung beim Abschalten des Triebwerks nach dem Einsetzen eines Strömungsabrisses gibt, wie es der Fall sein kann, wenn kein Strömungsabrißwarnsystem oder ein bekanntes Strömungsabrißwarnsystem vorhanden ist. Wenn beispielsweise der Pilot erst erkannte, daß er sich in einem nichtüberwindbaren Strömungsabriß befand, als die Triebwerksbedingungen den Punkt w errreicht hatten, könnte er nicht in der Lage sein, das Triebwerk abzuschalten, bis der Punkt ζ erreicht ist. Der Pilot muß dann warten, bis die Rotordrehzahl und die Triebwerkstemperatur in das Wiederstartgebiet B fallen. In dieser Darstellung bewirkt die Verzögerung beim Erkennen des Strömungsabrißzustands beinahe, daß der Pilot das Wiederstartgebiet vollständig verfehlt.

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Die. Erfindung ist zwar in Verbindung mit dem Erkennen von nichtüberwindbaren Drehströmungsabrissen in einem Zweikreis-Mantelstromtriebwerk mit Schubverstärkung beschrieben worden, es ist jedoch bei jedem Gasturbinentriebwerk brauchbar, das einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine in Reihenanordnung hat, ob mit oder ohne Schubverstärkung= Außerdem ist es unkritisch, daß die Turbineneinlaßtemperatur als Gasstromtemperatur T für das Verhältnis N/T benutzt wird. Die Turbinenauslaßtemperatur könnte ebenfalls benutzt werden, so wie jede andere Gasstromtemperatur stromabwärts der Brennkammer. Bevorzugt wird, die Temperatur an einer Stelle zu messen, die am schnellsten auf den Strömungsabrißzustand anspricht. Nur unter Berücksichtigung.dieser Kriterien ist es vorzuziehen, bei einem Zweikreisoder Zweiwellentriebwerk die Hochdruckturbineneinlaßtemperatur zu verwenden, die etwas niedrigeren Einlaßtemperaturen an der Niederdruckturbine sind jedoch einfacher zu messen und bei der Erfindung ebenfalls gut verwendbar.

In einem Zweiwellentriebwerk tritt ein nichtüberwindbarer Drehströmungsabriß in dem Hochdruckverdichter auf. Aus diesem Grund wird bevorzugt die Hochdruckrotordrehzahl als Maß für die Triebwerksdrehzahl benutzt. Allgemein könnte jedoch die Niederdruckrotordrehzahl benutzt werden. Bei einigen Zweiwellentriebwerken gibt es jedoch die geringfügige Möglichkeit, daß ein überwindbarer Drehströmungsabriß in dem Niederdruckverdichter auftritt, und ein solcher Strömungsabriß könnte eine falsche Warnung über einen niehtüberwindbaren Strömungsabriß auslösen, wenn die Niederdruckrotordrehzahl als Maß für die Triebwerksdrehzahl N benutzt wird. In Triebwerken, die dieses Verhalten zeigen, kann es daher unerwünscht sein, die Niederdruckrotordrehzahl in dem StrÖmungsabrißwarnsystem nach der Erfindung zu benutzen. Ziel ist es, die frühest mögliche Strömungsabrißwarnung

ohne jedwede Fehlermöglichkeit zu geben.

Selbstverständlich ist das Erkennen eines nichtüberwindbaren Drehströmungsabrisses nur einer von einer Anzahl anomaler Triebwerkszustände, die erkannt werden sollten oder müssen. Beispielsweise ist es erwünscht, den Piloten vor einer Triebwerksübertemperatur zu warnen, die einem nichtüberwindbaren Strömungsabriß zugeordnet sein kann oder nicht. Es kann außerdem erwünscht sein, den Piloten zu warnen, wenn das Triebwerk eine anomal niedrige Drehzahl erreicht, was ai*:* ;igt, daß das Triebwerk erlöschen wird, was ebenfalls mit einem nichtüberwindbaren Strömungsabriß verbunden sein kann oder nicht. Es kann daher eine Turbineneinlaßtemperatur T . die durch die

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gestrichelte Linie G in Fig. 2 dargestellt ist, geben, oberhalb welcher korrigierend eingegriffen werden muß, um eine Turbinenbeschädigung zu vermeiden. Und es kann eine minimale Drehzahl N„, dargestellt durch die gestrichelte Linie H in Fig. 2, geben, unterhalb welcher ebenfalls korrigierend eingegriffen werden sollte. Das Auftreten dieser anomalen Zustände kann dem Piloten unabhängig von dem Strömungsabrißwarnsignal gemeldet werden oder es kann auf eine Systemlogik eingewirkt werden, die den Piloten eine Warnung über das erste Auftreten dieser Zustände (d.h. Triebwerkserlöschen, Triebwerksübertemperatur oder nichtüberwindbarer Strömungsabriß) liefert.

Es ist bekannt, in Flugwarnsystemen eine Deaktivierungseinrichtung vorzusehen, um falsche Warnsignale während gewissen Situationen, wenn sich ein Flugzeug noch nicht im Flugzustand befindet, wie beispielsweise beim Start, zu verhindern. Eine solche Deaktivierungseinrichtung kann bei dem Warnsystem nach der Erfindung benutzt werden, sie wird jedoch nicht als ein Merkmal der Erfindung betrachtet.

LeerseJi

Claims

U 19.04.1983

¹ United Technologies Corporation

Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

; Patentansprüche:

Mi Strömungsabrißerkennungsvorrichtung zum Erkennen eines nichtüberwindbaren Drehströmungsabrisses in einem Gasturbinentriebwerk (10), das einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine in Reihe enthält, gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung zum Erkennen der Triebwerksdrehzahl N und zum Liefern eines diese angebenden Signals; eine Einrichtung zum Erkennen der Gasstromtemperatur T innerhalb des Triebwerks stromabwärts der Brennkammer (24) und zum Liefern eines diese angebenden Signals; und eine Einrichtung (32), die die Drehzahl- und Temperatursignale empfängt und den Wert von N/T berechnet und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn N/T auf einen vorbestimmten Wert abnimmt, der das Vorhandensein eines nichtüberwindbaren Drehströmungsabrisses in dem Verdichter angibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur T eine Turbineneinlaßtemperatur ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur T eine Turbinenauslaßtemperatur ist.
4. Strömungsabrißerkennungsvorrichtung zum Erkennen eines nichtüberwindbaren Drehströmungsabrisses in einem Gasturbinentriebwerk, das einen Niederdruckverdichter (12), einen Hochdruckverdichter (14), eine Brennkammer (24), eine mit dem Hochdruckverdichter (14) verbundene Hochdruckturbine (20), eine mit dem Niederdruckverdichter (12) verbundene Niederdruckturbine (16) und einen Schubverstärker (26) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet hat, gekennzeichnet durch: eine Einrichtung zum Erkennen der Drehzahl N eines der Verdichter (12, 14) und rum Liefern eines diese angebenden Signals;

eine Einrichtung zum Erkennen der Gasstromtemperatur T innerhalb des Triebwerks (10) stromabwärts der Brennkammer (24) und zum Liefern eines diese angebenden Signals; und

eine Einrichtung (32) , die die Drehzahl- und Temperatursignale empfängt und den Wert von N/T berechnet und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn N/T auf einen vorbestimmten Wert abnimmt, der das Vorhandensein eines nichtüberwindbaren Drehströmungsabrisses in dem Verdichter angibt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß T die Hochdruckturbineneinlaßtemperatur ist.
6. Drehströmungsabriß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß T die Niederdruckturbineneinlaßtemperatur ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß N die Drehzahl des Hochdruckverdichters (14) ist.
8. Verfahren zum Erkennen eines nichtüberwindbaren Drehströmungsabrisses in einem Gasturbinentriebwerk, das einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet hat, gekennzeich-

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net durch folgende Schritte:
Feststellen der Verdichterdrehzahl N? Feststellen der Gasstromtemperatur T stromabwärts der Brennkammer;

Berechnen von N/T und Erzeugen eines Signals, wenn N/T auf einen vorbestimmten Wert abnimmt, was einen nichtüberwindbaren Drehströmungsabriß angibt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert von N/T kleiner als die Werte von N/T ist, die während überwindbaren Strömungsabrißzuständen erzeugt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur T an einer Stelle zwischen dem Turbineneinlaß und dem Turbinenauslaß festgestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk einen Schubverstärker aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk ein Zweiwellengasturbinentriebwerk mit Schubverstärkung ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1 2 „ dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichterdrehzahl N die Hochdruckverdichterdrehzahl ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasstromtemperatur T an dem Einlaß der Niederdruckturbine gemessen wird.