DE3440470C2 - Verstelleinrichtung für einen Verstellpropeller eines Flugzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Eine solche Verstelleinrichtung ist aus der US-PS 31 02 596 bekannt, auf die weiter unten eingegangen wird.

Der Propellerantrieb von Flugzeugen (insbesondere die Drehzahl des Flugzeugmotors) wird dadurch gesteuert, daß der Blatteinstellwinkel der einzelnen Propellerblätter verändert wird. Um beim Flug des Flugzeuges eine Steuerung der Motordrehzahl zu erhalten, betätigt der Pilot üblicherweise einen Drehzahlhebel, um über einen Motordrehzahlregler, der im äußersten Bereich des Blatteinstellwinkels einen Propellerblattverstellmotor betätigt, um den Propellerblatteinstellwinkel unabhängig von der abgegebenen Leistung des Flugzeugmotors zu verstellen. Die abgegebene Leistung des Flugzeugmotors wird mittels eines Gashebels gesteuert, der ebenso wie der Drehzahlhebel vom Piloten betätigt wird. Es ist üblich, den Propellerblatteinstellwinkel durch Einstellen des Gashebels unabhängig vom Motordrehzahlregler zu steuern, wenn das Flugzeug mit niedriger Leistung arbeitet, zum Beispiel beim Rollen auf dem Flugplatz. Diese direkte Steuerung des Blatteinstellwinkels in Abhängigkeit von der Gashebelstellung, die im allgemeinen als Beta-Steuerung bezeichnet wird, wird beim Betrieb im niedrigsten Bereich der Blatteinstellwinkel angewandt. Der Blatteinstellwinkel, der dem Übergang von der Regelung des Blatteinstellwinkels durch den Drehzahlregler auf Beta-Steuerung entspricht, ist ein vorgegebener niedriger Propellerblatteinstellwinkel, der als "Niedrigblatteinstellwinkel" bezeichnet wird.

Verstelleinrichtungen für Verstellpropeller werden häufig mit mechanischen Anschlägen für den Niedrigblatteinstellwinkel versehen, um einen Propellerbetrieb bei hohen Leistungsstufen und Blatteinstellwinkeln im niedrigen oder Beta-Bereich mechanisch zu verhindern. Der Fachmann weiß nämlich, daß ein solcher Betrieb mit hoher Leistung und niedrigem Blatteinstellwinkel eine starke Überdrehung von Motor und Propeller zur Folge hätte und damit die mögliche, wenn nicht wahrscheinliche Zerstörung der davon betroffenen Teile.

Die aus der oben erwähnten US-PS 31 02 596 bekannte Verstelleinrichtung befaßt sich mit einem anderen Problem, nämlich damit, daß es sich unter gewissen Bedingungen, wie Landungen mit hoher Geschwindigkeit, unter welchen es erwünscht sein kann, die Propellerdrehrichtung umzukehren, nachdem sich das Flugzeug auf dem Boden befindet, gezeigt hat, daß beim Landeanflug die Propeller leicht überdrehen und eine Blatteinstellwinkelarretierung betätigen können, so daß das Umsteuern der Drehrichtung der Propeller verhindert wird, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstelleinrichtung für einen Verstellpropeller eines Flugzeuges der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß ein Überdrehen von Flugzeugmotor und Propeller sicher verhinder wird.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene elektrische Reserveregelung für die mechanische Blatteinstellwinkelbegrenzung wird erreicht, daß der Einstellwinkel der Propellerblätter automatisch vergrößert wird, wenn die mechanische Blatteinstellwinkelbegrenzung versagt. Mit der elektrischen Reserveregelung wird gemäß der Erfindung im niedrigen oder Beta-Bereich die Regelung des Blatteinstellwinkels mittels Drehzahlregler unterbunden. Die Reserveregelung enthält ein Elektromagnetventil zur Vergrößerung des Blatteinstellwinkels sowie ein Schalterpaar, das das Elektromagnetventil mit einer Spannungsquelle verbindet und so aktiviert. Einer dieser Schalter wird durch Blatteinstellwinkeleinstellungen im Beta-Bereich geschlossen, der andere durch erhöhte Gashebeleinstellungen, die der Regelung des Blatteinstellwinkels durch den Drehzahlregler entsprechen. Wird der Verstellpropeller mit erhöhten Leistungseinstellungen und gleichzeitig mit Blatteinstellwinkeleinstellungen im Beta-Bereich betrieben (was auf eine Funktionsstörung des mechanischen Anschlages hinweist), werden beide Schalter betätigt, wodurch das Elektromagnetventil an die Spannungsquelle angeschlossen wird, um den Blatteinstellwinkel zu vergrößern.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung für einen Verstellpropeller.

Eine insgesamt mit 10 bezeichnete elektrische Reserveregelung ist Teil einer Blatteinstellwinkelsteuereinrichtung 15 für einen Verstellpropeller 20, der eine Nabe 25 aufweist, die ein oder mehrere Propellerblätter 30 trägt, deren Einstellwinkel eingestellt wird, indem sie mittels eines Propellerblattverstellmotors 40 um ihre Längsachse 35 gedreht werden. Der Propellerblattverstellmotor 40 hat einen Zylinder 45 mit einem Kolben 50. Der Kolben 50 ist über Kolbenstangen 65 und 70 sowie eine Stopfbuchse 80 mit einer Kurvenscheibe 55 verbunden. Die Kurvenscheibe 55 ist mit einer Nut 83 versehen.

Eine Rolle 86, die an einem Zapfen 88 montiert ist, erstreckt sich vom Fuß des Propellerblattes 30 radial nach innen. Somit bewirkt die Hin- und Herbewegung des Kolbens 50 eine ähnliche Hin- und Herbewegung der Kurvenscheibe 55, wobei durch den Eingriff der Rolle 86 in die Nut 83 eine Drehbewegung des in einem Lager 90 gelagerten Propellerblattes 30 um die Achse 35 zur Verstellung des Propellerblatteinstellwinkels bewirkt wird.

Es ist selbstverständlich, daß das Ausmaß der über den Propellerblattverstellmotor 40 bewirkten Änderung des Propellerblatteinstellwinkels von der Menge der Hydraulikflüssigkeit bestimmt wird, die dem Propellerblattverstellmotor zugeführt bzw. aus dem Propellerblattverstellmotor abgelassen wird. Gemäß der Darstellung der Zeichnung wird dem Propellerblattverstellmotor 40 über eine Rohrleitung 95 Druckflüssigkeit in bemessener Menge zugeleitet, wobei die Flüssigkeit den Kolben 50 nach links drückt, in eine Richtung, die zur Verringerung des Propellerblatteinstellwinkels führt.

Über eine Leitung 100 wird dem Propellerverstellmotor 40 Druckflüssigkeit mit konstantem Speisedruck P_S zugeleitet, die den Kolben nach rechts bewegt, das heißt in eine Richtung, die eine Vergrößerung des Propellerblatteinstellwinkels bewirkt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Kolbenfläche, die aus der Leitung 95 mit Flüssigkeit beaufschlagt wird, wesentlich größer (etwa um das Zweifache) als jene, die aus der Leitung 100 mit Flüssigkeit beaufschlagt wird. Den Kolben 50 bezeichnet man als "Halbflächenkolben", weil die Flüssigkeit, die dem Kolben 50 aus der Leitung 95 mit der Hälfte des Speisedruckes P_S zugeführt wird, den die rechte Seite des Kolbens erhält, ein Gleichgewicht an Kolbenkräften herstellt, das die Kolbenbewegung unterbindet. Es ist zu erkennen, daß durch Verstellen des Druckes in der Leitung 95 über oder unter P_S/2 die Kraft am linken Kolbenende zur Herbeiführung der gewünschten Kolbenverlagerung verstärkt oder verringert wird.

Der Rohrleitung 95 wird Flüssigkeit in gesteuerter Menge über eine Ventileinheit 101 zugeleitet, die Ventile 105 und 110 aufweist, mit denen der normale Übergang der Blatteinstellwinkelsteuereinrichtung 15 von der Blatteinstellwinkelregelung mittels eines Motordrehzahlreglers auf die Steuerung des Propellerblatteinstellwinkels in Abhängigkeit von der Gashebelstellung des Flugzeugmotors (die sogenannte Beta-Steuerung) mit Hilfe einer direkteren mechanischen Verbindung 175, 180 zwischen dem Gashebel und den Propellerblättern 30 gesteuert wird.

Als Motordrehzahlregler 115 kommt jeder nach dem Stand der Technik gebräuchliche Drehzahlregler in Frage, zum Beispiel irgendein Zentrifugalregler, der mit dem Drehzahlhebel 120 des Piloten verbunden ist und durch diesen eingestellt wird. Der Motordrehzahlregler 115 ist mechanisch mit einem Steuerventil 125 verbunden, das aus einer Leitung 130 Hydraulikflüssigkeit mit dem Speisedruck P_S erhält.

Durch Verstellen des Drehzahlhebels 120 läßt sich bekanntlich die Einstellung des Drehzahlreglers 115 regulieren, der wiederum das Steuerventil 125 steuert. Dieses Steuerventil 125 baut in einer Leitung 135 einen gesteuerten Druck auf, wobei mit diesem gesteuerten Druck über die Ventileinheit 101 und die Leitung 95 der Propellerblattverstellmotor 40 beaufschlagt wird. Der Betrieb des Drehzahlhebels 120, des Drehzahlreglers 115 und des Steuerventils 125 zum Aufbau eines gesteuerten Druckes ist bekannt und bildet keinen Teil der Erfindung.

Die Ventile 105 und 110 werden von Hebelarmen 140 und 145 betätigt, die bei 150 bzw. 155 drehbar gelagert sind. Die Hebelarme 140, 145 verfügen jeweils über Rollen 160, die an dem entsprechenden Ventil angreifen, und liegen mit ihrem anderen Ende an einem Nocken 165, der mit dem Gashebel 170 verbunden und durch diesen drehbar ist.

Das der Rolle 160 abgewandte Ende des Ventils 105 ist von dem oberen Ende eines etwa L-förmigen Auslegers 175 betätigbar, in dessen oberes Ende ein Anschlag 180 eingeschraubt ist. Der Ausleger 175 ist an dem Kolben 50 des Propellerblattverstellmotors 40 befestigt und folgt dessen Kolbenbewegungen. Beim Verringern des Propellerblatteinstellwinkels (Bewegung des Kolbens 50 nach links) kommt der Anschlag 180 an dem steuerbaren Teil des Ventils 105 in Anlage und bewegt ihn nach links.

Nimmt man an, daß diese Betätigung des Ventils 105 den in der Leitung 135 befindlichen gesteuerten Druck von der Leitung 95 absperrt und daß mit Hilfe des Ventils 105, des Hebelarmes 140 und des Nockens 165 eine starre mechanische Verbindung zwischen dem Gashebel 170 und dem Kolben 50 hergestellt wird, so ist zu erkennen, daß der Anschlag 180 mit dem Ausleger 175 als mechanische Rückführung des vorgegebenen niedrigen Propellerblatteinstellwinkels fungiert, das heißt als Umschalteinrichtung wirkt, die vom Betrieb mit Drehzahlregler auf Betrieb mit Beta-Steuerung umschaltet. Ein Versagen dieser Umschalteinrichtung, zum Beispiel durch Bruch derselben oder durch Versagen des Ventils 105, könnte dazu führen, daß die Verstelleinrichtung nicht in der Lage ist, von Betrieb mit Drehzahlregler auf Betrieb mit Beta- Steuerung umzuschalten, so daß die Gefahr einer überhöhten Propellerdrehzahl und der Zerstörung von Propeller und Flugzeugmotor gegeben wäre.

Mit der elektrischen Reserveregelung 10 wird sichergestellt, daß eine Drehzahlüberhöhung mit den genannten Folgen nicht eintreten kann. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, verfügt die Reserveregelung 10 über zwei in Serie geschaltete Schalter 190 und 195, die eine Spannungsquelle V mit einem Relais 200 verbinden. Der Schalter 190 ist mit einem beweglichen, an den Kolben 50 angeschlossenen und von ihm betätigbaren Kontakt 205 versehen sowie mit einem festen Kontakt 210. Der Schalter 195 verfügt ebenfalls über einen beweglichen, am Gashebel 170 angeschlossenen und von ihm betätigten Kontakt 215 sowie über einen festen Kontakt 220.

Der Schalter 190 ist so ausgelegt, daß er bei Kolbenstellungen leitfähig (eingeschaltet) ist, die dem Propellerblatteinstellwinkel unterhalb des vorgegebenen niedrigen Propellerblatteinstellwinkels, also dem Betrieb mit Beta- Steuerung, entsprechen. Es ist eine Glühbirne 225 vorgesehen, die den Schalter 190 an Masse legt, um eine Sichtanzeige des Betriebes des Verstellpropellers mit Beta- Steuerung zu liefern. Der Schalter 195 ist so ausgelegt, daß er bei Gashebelstellungen leitfähig (betätigt) ist, die dem Betrieb mit dem Drehzahlregler 115 entsprechen, welcher normalerweise bei Blatteinstellwinkeln oberhalb des vorgegebenen niedrigen Propellerblatteinstellwinkels vorliegt. Der Kern des Relais 200 betätigt einen Schalter 230, der im geschlossenen Zustand ein Elektromagnetventil 235 mit der Spannungsquelle V verbindet. Der bewegliche Kern des Elektromagnetventils 235 betätigt zur Steuerung des Propellerblatteinstellwinkels ein mit ihm verbundenes bewegliches Element 240 eines elektrisch betätigbaren Ablaßventils 245, das normalerweise durch eine Rückholfeder 250 in geschlossenem Zustand gehalten wird. Zwischen dem Ablaßventil 245 und der linken Seite des Kolbens 50 besteht über eine Leitung 255 und die Leitung 95 eine Verbindung. Die Öffnung des Ablaßventils 245 verbindet den Kolben 50 mit einem Auslaß 260, wobei der die rechte Seite des Kolbens 50 beaufschlagende und aus der Leitung 100 stammende Speisedruck P_S den Kolben 50 nach rechts bewegt, um den Propellerblatteinstellwinkel zu vergrößern.

Eine als Schalter ausgebildete Kontrolleinrichtung 265 mit beweglichem Kontakt 270 ist an dem Schalter 195 angeschlossen. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, kann der bewegliche Kontakt 270 drei Stellungen einnehmen. In der ersten Stellung (dargestellt) ist der Schalter 265 für den normalen Betrieb der Reserveregelung 10 geöffnet. In der zweiten (oberen) Stellung ist der Schalter 195 kurzgeschlossen, wobei die Verbindung des Ablaßventils 245 mit der Spannungsquelle V gänzlich vom Schalter 190 gesteuert wird. In der dritten (unteren) Stellung wird die Spannung dem Schalter 195 direkt zugeführt, so daß dieses allein die Verbindung des Ablaßventils 245 mit der Spannungsquelle V steuert.

Die Wirkungsweise der elektrischen Reserveregelung unterhalb des vorgegebenen niedrigen Propellerblatteinstellwinkels ist folgende:

Beim normalen Betrieb des Verstellpropellers 20, daß heißt, wenn als Regeleinrichtung für den Propellerblatteinstellwinkel der Motordrehzahlregler 115 wirksam ist, sind die Schalterstellungen wie in der Zeichnung dargestellt, und die Verbindung des Zylinders 45 des Propellerblattverstellmotors 40 mit dem Auslaß 260 ist durch das Element 240 des Ablaßventils 245 unterbrochen. Beim normalen Beta- Steuerbetrieb, das heißt, wenn die Steuerung des Blatteinstellwinkels in Abhängigkeit von der Stellung des Gashebels 170 erfolgt, wird der Kontakt 210 vom beweglichen Kontakt 205 des Schalters 190 berührt, und der bewegliche Kontakt 215 des Schalters 195 löst sich von dem festen Kontakt 220, wodurch die Verbindung des Zylinders 45 des Propellerblattverstellmotors 40 mit dem Auslaß 260 durch das Ablaßventil 255 versperrt bleibt. Tritt jedoch eine Funktionsstörung des mechanischen Anschlages 180 für den vorbestimmten niedrigen Propellerblatteinstellwinkel auf, das heißt des Auslegers 175 mit dem Anschlag 180, wodurch der Verstellpropeller 20 eine Steuerung des Blatteinstellwinkels mittels Drehzahlregelung im niedrigen (Beta) Blatteinstellwinkelbereich erfahren würde, dann stellt der Propellerblattverstellmotor 40 zwischen dem Kontakt 205 und dem Kontakt 210 des Schalters 190 eine Verbindung her, und der Gashebel 170 verbindet die Kontakte 215 und 220 des Schalters 195. Durch das auf diese Weise erfolgende Schließen beider Schalter wird das Relais 200 betätigt, und das Elektromagnetventil 235 wird mit der Spannungsquelle V über den Schalter 230 verbunden, wodurch das Ablaßventil 245 betätigt und ein Durchgang zwischen der Leitung 255 und dem Auslaß 260 freigegeben wird. Infolge dieser Verbindung fließt Flüssigkeit aus der linken Seite, das heißt aus dem Arbeitsraum des Propellerblattverstellmotors 40 ab, wobei der auf die rechte Seite des Kolbens 50 ausgeübte Speisedruck der Hydraulikflüssigkeit den Kolben 50 zur Vergrößerung des Propellerblatteinstellwinkels, das heißt nach rechts bewegt, ohne Behinderung durch gesteuerten Druck auf der linken Kolbenseite. Mit zunehmendem Propellerblatteinstellwinkel drückt der Kolben 50 den Kontakt 205 von dem Kontakt 210 weg, sobald der Blatteinstellwinkel den vorgegebenen niedrigen Wert des Propellerblatteinstellwinkels erreicht. Als Folge wird das Elektromagnetventil 235 über den Schalter 190 von der Spannungsquelle V getrennt, und das Ablaßventil 245 schließt die Verbindung zum Propellerblattverstellmotor 40 zum Ablassen von Flüssigkeit.

Der Zylinder 45 wird dann erneut aus der Leitung 95 unter Druck gesetzt, und die kontnuierliche Vergrößerung des Blatteinstellwinkels wird unterbunden. Bei Fortdauer der Funktionsstörung des mechanischen Anschlages wird sich der Blatteinstellwinkel wiederum verkleinern, und die Kontakte 205 und 210 werden erneut geschlossen, um eine Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Auslaß 260 herzustellen und erneut Flüssigkeit aus der linken Seite des Propellerblattverstellmotors 40 abzulassen. Mit der elektrischen Reserveregelung 10 erfolgt also eine Regelung um die Blatteinstellung mit dem vorgegebenen niedrigen Propellerblatteinstellwinkel, und der Blatteinstellwinkel wird in dieser Einstellung gehalten, um einen weiteren Betrieb mit überhöhter Drehzahl zu unterbinden.

Die Reserveregelung 10 läßt sich bequem durch Betätigen der als Schalter ausgebildeten Kontrolleinrichtung 265 überprüfen. Vor dem Anlassen des Propellers wird die Betätigung dieses Schalters den Kontakt 270 in seine obere Stellung bringen und das Potentiometer 195 kurzschließen, wodurch sich aus einer Bewegung der Propellerblätter auf eine Blatteinstellwinkeleinstellung im Beta-Bereich bei ordnungsgemäßer Funktion des Potentiometers 190 eine Einstellung auf den vorgegebenen niedrigen Propellerblatteinstellwinkel ergeben würde. Bei Betätigung des Schalters 265 derart, daß sich der Kontakt 270 in seine untere Stellung bewegt, wird die Spannungsquelle V direkt mit dem Potentiometer 195 verbunden, wodurch eine Gashebeleinrichtung, die der Regelung des Blatteinstellwinkels durch den Drehzahlreglers 115 entspricht, bei ordnungsgemäßer Funktion des Potentiometers 195 das Ablaßventil 245 öffnet, um Flüssigkeit aus dem Zylinder 45 abzulassen und damit den Blatteinstellwinkel zu verkleinern.

Ebenso könnte der normalerweise entregte Elektromagnet 235 durch einen normalerweise erregten Elektromagneten ersetzt und die Verstelleinrichtung so abgeändert werden, daß der Elektromagnet beim Betrieb mit Beta-Steuerung und bei Gashebeleinstellungen, die dem Regelbetrieb mit dem Drehzahlregler 115 entsprechen, von der Spannungsquelle V getrennt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, bei genügend großer Zugkraft am Kern des Relais 200 auf den Elektromagneten 235 zu verzichten und das Element 240 zur Betätigung direkt an das Relais 200 anzuschließen.

Claims (3)

1. Verstelleinrichtung für einen Verstellpropeller eines Flugzeuges, mit einer Regeleinrichtung, die die Propellerdrehzahl oberhalb eines vorgegebenen Propellerblatteinstellwinkels konstant hält, und mit einer Umschalteinrichtung, durch die die Regeleinrichtung unterhalb des vorgegebenen Propellerblatteinstellwinkels abgeschaltet und auf Steuerung des Propellerblatteinstellwinkels in Abhängigkeit von der Gashebelstellung des Flugzeugmotors umgeschaltet wird, gekennzeichnet durch eine elektrische Reserveregelung (10) für die Verstellung des Propellerblatteinstellwinkels, bestehend aus einem vom Propellerblattverstellmotor (40) verstellbaren ersten Schalter (190), der bei den Winkeln, die kleiner als der vorgegebene Propellerblatteinstellwinkel sind, eingeschaltet wird, einem in Serie angeordneten, vom Gashebel (170) verstellbaren, zweiten Schalter (195), der bei Winkeln, die größer als vorgegebene Propellerblatteinstellwinkel sind, eingeschaltet wird, und einem in Serie angeordneten Elektromagneten (235) für die Betätigung eines Ablaßventils (245), das mit dem Arbeitsraum des Propellerblattverstellmotors (40) für die Verkleinerung der Blatteinstellwinkel verbunden ist.

2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kontrolleinrichtung ( 265), mittels welcher einerseits eine elektrische Spannungsquelle (V) mit dem einen Schalter (195) verbindbar ist, wodurch das Einschalten des anderen Schalters (190) simulierbar ist, um ein Prüfen des einen Schalters (195) ohne Einfluß des anderen Schalters (190) zu ermöglichen, und mittels welcher andererseits der eine Schalter (195) kurzschließbar ist, um das Einschalten desselben zum Prüfen des anderen Schalters (190) ohne Einfluß des einen Schalters (195) zu simulieren.

3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtung (265) als Wechselschalter mit offener Mittelstellung ausgebildet ist, dessen beweglicher Kontakt (270) an der Verbindung zwischen den beiden Schaltern (190, 195) angeschlossen ist.