DE3515839A1 - Anordnung zum verhindern des vereisens eines flugzeugpropellers - Google Patents

Description

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Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional representatives before the European Patent Office

Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5

Patentanwälte Menges & Prahl. Erhardtstr 12, D 8000 München 5 Dipl.-lng. Rolf Menges

Dipl -Chem.Dr. Horst Prahl

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UnserZeichen/Ourref. U

Datum/Date 02.05.1985

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

Anordnung zum Verhindern des Vereisens eines Flugzeugpropellers

Die Erfindung betrifft eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit Flugzeugpropellerenteisungsanordnungen und insbesondere mit dem Schutz von elektrischen Heizelementen in solchen Anordnungen vor zufälligem Durchbrennen.

Die nachteiligen Auswirkungen der Flugzeugpropellervereisung sind bekannt, und zum Minimieren solcher Auswirkungen ist es seit langem üblich, die Propeller mit elektrischen Heizelementen zu erwärmen. Typisch sind solche Heizelemente in die Propellerblätter, die Nabenhaube und den hinteren Körper eingebettet und werden entweder manuell durch den Piloten des Flugzeuges oder automatisch durch Eissensoren mit Strom versorgt.

Die Wärmeabgabe der Propellerheizelemente muß ausreichen, unter normalen Betriebsbedingungen, d.h. bei einer Drehung des Propellers mit Betriebsdrehzahlen, wobei ein Luftstrom über die Propelleroberfläche hinweggeht, die die Heizelemente kühlt, Eis zu schmelzen oder eine Vereisung überhaupt zu verhindern. Zum Kompensieren der genannten Kühlung muß die Wärmeabgabe der Heizelemente beträchtlich größer sein als es zum Verhindern der Eisbildung und zum Beseitigen von Eis bei NichtVorhandensein der genannten Luftströmung erforderlich ist. Es ist daher klar, daß eine unabsichtliche Stromversorgung der Heizelemente, wenn wenig oder keine Luftströmung über den Propeller hinweggeht, beispielsweise wenn das Flugzeug am Boden gewartet wird, leicht zum Durchbrennen der Heizelemente führt.

Eine bekannte Methode zum Verhindern des Durchbrennens der Heizelemente, wenn sich das Flugzeug am Boden befindet, beinhaltet das Vorsehen von Schaltern, welche die Propellerheizelemente von der Stromzufuhr trennen, wenn das Gewicht des Flugzeuges auf dessen Fahrwerk ruht. Wenn jedoch das Flugzeug zur Wartung aufgebockt wird und das Fahrwerk das Gewicht des Flugzeuges nicht trägt, gestatten die Schalter eine FehlVersorgung der Heizelemente mit Strom.

Eine weitere bekannte Methode zum Speisen der Propellerheizelemente nur dann, wenn sich der Propeller dreht, beinhaltet das Speisen der Heizelemente durch kleine Wechselstromgeneratoren, die in den Propellern untergebracht und mit diesen mechanisch verbunden sind, wodurch den Heizelementen kein Strom zugeführt wird, wenn sich der Propeller nicht dreht. Eine solche Anordnung würde zwar das zufällige Heizelementdurchbrennen am Boden verhindern, wenn sich der Propeller nicht dreht, das Vorsehen von solchen zusätzlichen Wechselstromgeneratoren erhöht aber das Gewicht, die Komplexität und die Kosten des Pro-

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pellersystems beträchtlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Propellerheizelementdurchbrennen unter Bedingungen unzureichender Luftströmung an dem Propeller auf einfache und wirtschaftliche Weise und unabhängig von der Beziehung zwischen dem Flugzeuggewicht und dem Ausfahren des Fahrwerks zu verhindern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung wird ein impulsförmiges Signal, das in der Phasensynchronisation des Propellers verwendet werden kann, als Anzeige der Propellerdrehzahl benutzt und dient zum Trennen der Propellerheizelemente von der Stromversorgung, wenn die Drehzahl des Propellers unter einen vorbestimmten Wert sinkt. In der bevorzugten Ausführungsform ist das impulsförmige Signal eine impulsförmige Spannung, die in einer stationären Spule im Inneren des Propellers durch einen Permanentmagnet induziert wird, der sieh mit dem Propeller dreht. Der induzierte Spannungsimpuls wird als ein Eingangssignal an eine Signalverarbeitungsschaltung angelegt, die die Frequenz dieses Signals mit einer Referenzfrequenz vergleicht und ein Ausgangssignal, das die Differenz zwischen diesen Frequenzen angibt, an eine Steuerschaltung abgibt. Wenn die Frequenz der Drehung höher ist als die Referenzfrequenz, was einen Propellerbetrieb mit ausreichender Kühlluftströmung an dem Propeller angibt, bewirkt das Ausgangssignal der SignalVerarbeitungsschaltung, daß die Steuerschaltung eine Verbindung der Propellerheizelemente mit einer Stromquelle herstellt. Wenn die Frequenz der Propellerdrehung wegen einer Drehzahl, die nicht ausreicht, um den notwendigen Kühlluftstrom an dem Propeller zu erzeugen, kleiner ist als die Referenzfrequenz, veranlaßt das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung die Steuerschaltung, die Propellerheizelemente von der Strom-

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Versorgung zu trennen, um das Durchbrennen der Heizelemente zu verhindern. Dieser Schutz der Propellerheizelemente erfolgt bei vorhandenen Propellerheiz- und Steueranordnungen auf einfache und wirtschaftliche Weise lediglich durch Hinzufügen der SignalVerarbeitungsschaltung zu der Anordnung. Die Signalverarbeitungsschaltung kann einfach hinzugefügt werden, indem ein Festkörperzeitgeber modifiziert wird, welcher benutzt wird, um die Propellerheizelemente unter normalen Betriebsbedingungen zyklisch mit Strom zu versorgen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild einer Propellerenteisungsanordnung, die mit dem Heizelementdurchbrennschutz nach der Erfindung versehen ist.

Gemäß der Zeichnung ist ein elektrisch beheizter Flugzeugpropeller 5 mit einer Stromversorgung 10 über normalerweise offene Schalter 15 und eine Bürsten- und Schleifringvorrichtung 20 elektrisch verbunden. Wenn das Verhindern der Vereisung des Propellers erforderlich ist, schließt eine Schaltersteuereinrichtung 25 die Schalter 15, und die Propellerheizelemente werden durch die Stromversorgung 10 mit Strom versorgt. Eine Signalverarbeitungseinrichtung 30, die auf ein impulsförmiges elektrisches Signal aus dem Propeller anspricht, liefert der Schaltersteuereinrichtung 25 ein Eingangssignal, das bewirkt, daß die Schalter 15 geöffnet werden, wenn die Propellerdrehzahl kleiner als diejenige ist, die zum Erzeugen einer ausreichenden Luftströmung an dem Propeller erforderlich ist, um das Durchbrennen der Heizelemente zu verhindern.

Der Propeller 5 hat mehrere Blätter 35, von denen jedes

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mit einem elektrischen Heizelement versehen ist, von denen eines, das mit der Bezugszahl 40 bezeichnet ist, in ein Propellerblatt eingebettet dargestellt ist. Die Propellerblätter erstrecken sich von einer Nabe aus, welche mit einer aerodynamischen Nabenhaube 45 bedeckt ist, die sich mit den Blättern dreht. Die Nabenhaube 45 ist mit einem Heizelement 50 an ihrer Kuppe und mit einem oder mehreren Heizelementen 55 in ihrem Körper versehen. Typisch wird eine Vereisung an einem nichtUmlaufenden hinteren Körper 60 durch ein Widerstandsheizelement 65 verhindert, welches in diesen eingebettet ist. Eine nichtumlaufende Spule 70, die auf einen ferromagnetischen Kern 75 gewickelt ist, ist im Innern der Nabenhaube 4 5 angeordnet. Ein Permanentmagnet 80, welcher an der Innenseite der Nabenhaube 45 befestigt ist, geht bei jeder Umdrehung der Nabenhaube an der Spule 70 vorbei, wodurch in der Spule ein impulsförmiges elektrisches Signal induziert wird, das dem Signalprozessor 30 über eine Leitung 85 zugeführt wird.

Die Propellerheizelemente sind mit der Bürsten- und Schleifringvorrichtung 20 durch Leitungen 90, 9 5 und 100 verbunden. Die Vorrichtung 20 weist Schleifringe 105, und 115 auf, welche mit Bürsten 120, 125 bzw. 130 in elektrischem Kontakt sind. Die Bürsten sind mit den Schaltern 15 verbunden, welche durch die Schaltersteuereinrichtung 25 auf im folgenden ausführlicher beschriebene Weise betätigt werden. Die Schalter 15 sind mit der Stromversorgung 10 durch Leitungen 135, 140 und 145 verbunden, in denen Schalter 150, 155 bzw. 160 angeordnet sind. Die Schalter 150-160 können innerhalb der Flugzeugkabine angeordnet sein und als Hauptabschalter für die Propellerheizelemente durch den Piloten manuell betätigt werden.

Die Schalter 15 werden durch Magnetspulen 161, 165 und 170 geöffnet und geschlossen, welche durch zeitgesteuerte Eingangssignale aus einem Zeitgeber (Sequenzer) 175 er-

regt werden, der mit ihnen durch Leitungen 180, 185 bzw. 190 verbunden ist. Der Zeitgeber 175 weist eine Zeit- und Folgesteuerschaltung 200 und einen Schaltkreis 205 auf, der elektronische Schalter 206, 207 und 209 enthält, die auf Eingangssignale aus der Schaltung 200 hin öffnen und schließen. Der Zeitgeber 175 wird durch eine Niederspannungsstromversorgung 210 über eine Leitung 212 mit Strom versorgt, die einen normalerweise offenen Schalter 215 enthält. Der Schalter 215 wird durch eine Magnetspule 220 geschlossen, die über eine Leitung 225 mit dem Signalprozessor 30 verbunden ist und aus diesem Eingangssignale empfängt. Der Signalprozessor 30 enthält einen Frequenzzähler 230, der das impulsförmige Signal aus der Spule 70 über die Leitung 85 empfängt. Ein Ausgangssignal des Frequenzzählers 230, welches die Drehzahl des Propellers angibt, wird an einen Summierpunkt oder eine Differenzschaltung 235 über eine Leitung 240 angelegt. Der Summierpunkt 235 bildet die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Frequenzzählers 230 und einer Referenzfrequenz, welche die Mindestpropellerdrehzahl angibt, bei welcher die über die Oberfläche des Propellers hinweggehende Luftströmung die Gefahr des Heizelementdurchbrennens minimiert. Diese Differenz wird einem digitalen Speicher oder analogen Funktionsgenerator 245 über eine Leitung 24 7 zugeführt. Gemäß der Darstellung in der Zeichnung gibt der Speicher 245 ein positives Ausgangssignal über die Leitung 225 an die Magnetspule 220 zur Betätigung des Schalters 215 ab, wenn die Differenz zwischen der Frequenz am Ausgang des Zählers 230 und der Referenzfrequenz positiv ist. Falls die Frequenz am Ausgang des Frequenzzählers 230 kleiner als die Referenzfrequenz ist, wird ein negatives Eingangssignal durch den Summierpunkt 235 an den Speicher 245 angelegt, wodurch ein Nullausgangssignal durch den Speicher an den Magnetstellantrieb 220 abgegeben wird.

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Beim Betrieb des Flugzeuges unter atmosphärischen Bedingungen, bei denen das Vereisen des Propellers möglich ist, betätigt der Pilot des Flugzeuges, welches durch den Propeller 5 angetrieben wird, die Schalter 150 bis 160, wodurch den Schaltern 15 Strom zugeführt wird. Das Schließen der Schalter 15 durch Erregen der Magnetspulen 161, 165 und 170 bewirkt, daß die Heizelemente 40, 50, 55 und 65 mit der Stromversorgung 10 über die Bürsten- und Schleifringvorrichtung 20 elektrisch verbunden werden. Bekanntlich werden sowohl Antivereisung (ständige Versorgung der Heizelemente mit Strom, um eine Eisbildung auf darüberliegenden Teilen des Propellers zu verhindern) als auch Enteisung (periodische Versorgung der Heizelemente mit Strom, so daß das Eis an der Propelleroberfläche gelockert und dann durch Fliehkraft von dem Propeller heruntergeschleudert wird) angewandt. Typisch werden die Heizelemente an der Nabenkuppe und im hinteren Körper in einem Antivereisungsbetrieb ständig mit Strom versorgt, wogegen die Heizelemente in der Nabenhaube und den Blättern zur Enteisung periodisch mit Strom versorgt werden. Diese periodische Speisung der Heizelemente wird durch die Zeit- und Folgesteuerschaltung 200 und durch den Schaltkreis 205 gesteuert. Die Zeit- und Folgesteuerschaltung 200 ist so programmiert, daß die den Heizelementen 40 und 55 zugeordneten Schalter 207 und 209 für Enteisungszwecke periodisch geöffnet und geschlossen werden, während die Heizelemente 50 und 65 durch ständiges Geschlossenhalten des Schalters 206 ständig gespeist werden. Die Stromzufuhr zu der Zeit- und Folgesteuerschaltung 200 wird durch das Schließen des Schalters 215 aufrechterhalten.

Wenn sich der Propeller nicht dreht, liefert die Spule 70 kein Ausgangssignal, das Ausgangssignal des Frequenzzählers 230 wird null und das Ausgangssignal des Summierpunkts 235 wird negativ sein. Das hat zur Folge, daß das Ausgangssignal, des Speichers 245 null ist, wodurch die Magnetspule 220 nicht erregt wird, der Schalter 215 offen und der Zeitgeber 175 von der Stromversorgung 210 getrennt ist.

Das hat zur Folge, daß die Speisung der Zeit- und Folgesteuerschaltung 200 und des Schaltkreises 205 unterbrochen wird und die elektronischen Schalter 206-209 geöffnet werden. Demgemäß werden die Magnetstellantriebe 161, 165 und 170 von der Stromversorgung getrennt und die Schalter 15 geöffnet, wodurch die Speisung der Heizelemente aus der Stromversorgung 10 verhindert und so die Gefahr eines zufälligen Durchbrennens der Heizelemente minimiert wird, selbst wenn die Cockpitschalter 150, 155 und 160 unabsichtlich geschlossen werden. Jedesmal dann, wenn die Frequenz des Spulenausgangssignals kleiner als die Referenzfrequenz ist, wird das Ausgangssignal des Speichers 245 null sein, und die Schalter 215 und 206-209 werden öffnen, um das Schließen der Schalter 15 und das Speisen der Propellerheizelemente zu verhindern. Wenn die Frequenz des impulsförmigen Signals aus der Spule 70 größer als die Referenzfrequenz ist, wodurch ein normaler Propellerbetrieb angezeigt wird, wird das Ausgangssignal des Speichers 245 den Magnetstellantrieb 220 erregen und den Schalter 215 schlies sen, so daß die Zeit- und Folgesteuerschaltung 200 und der Schaltkreis 205 gespeist werden. Dadurch werden die Magnetspulen 161, 165 und 170 erregt und die Schalter 15 geschlossen, so daß die Propellerheizelemente durch manuelles Schließen der Cockpitschalter 150, 155 und 160 in Betrieb gesetzt werden können.

Mittels der Erfindung wird also ein zufälliges Durchbrennen von Propellerheizelementen wirksam verhindert, und zwar ohne die zusätzlichen Kosten, die zusätzliche Komplexität und das zusätzliche Gewicht wie bei der Verwendung von zusätzlichen Wechselstromgeneratoren zum Speisen der Heizelemente. Weiter ist der Heizelementschutz, den die Erfindung bietet, nicht von irgendeiner Beziehung zwischen dem Gewicht des Flugzeuges und dem Ausfahren von dessen Fahrwerk abhängig. Mit der Erfindung können vorhandene Propellerheiz elementsysteme nachgerüstet werden, indem lediglich die billige und kompakte, als Festkörperschaltung ausgebildete

Signalverarbeitungsschaltungsanordnung dem Zeitgeber 175 hinzugefügt wird. Die Benutzung des Ausgangssignals der Spule 70, welche bei der Phasensynchronisation des Propellers benutzt wird, verbessert noch die Wirtschaftlichkeit der Erfindung.

Es ist zwar eine besondere Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden, im Rahmen der Erfindung sind jedoch verschiedene Modifizierungen dieser Ausführungsform möglich. Beispielsweise ist zwar ein einzelner Propeller mit einer besonderen Anordnung der darin untergebrachten Heizelemente beschrieben worden, die Erfindung kann jedoch bei Mehrfachpropellern und mit jeder gewünschten Ausrichtung der Heizelemente benutzt werden. Weiter sind zwar eine Spule und ein Permanentmagnet, die bei der Propellerphasensynchronisation benutzt werden, als Quelle für das impulsförmige Signal, das die Propellerdrehzahl anzeigt, dargestellt worden, es können jedoch verschiedene andere Anordnungen zum Erzeugen eines solchen Signals benutzt werden. Ebenso sind zwar diskrete Frequenzzähler-, Summier - und Speicherkomponenten dargestellt worden, es können jedoch verschiedene andere Komponenten benutzt werden, die äquivalente Funktionen erfüllen und die Propellerheizelementschaltung sperren, wenn die Frequenz der Drehung kleiner als eine Referenzfrequenz ist.

Al

- Leerseite

Claims (4)

Patentansprüche :

1. Anordnung zum Verhindern des Vereisens eines Flugzeugpropellers, in den wenigstens ein elektrisches Heizelement eingebettet ist und der eine Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines impulsförmigen elektrischen Signals hat, das die Propellerdrehzahl angibt, gekennzeichnet durch: einen Schalter (15, 215) zum Verbinden des elektrischen Heizelements (40, 50, 55, 65) mit einer elektrischen Stromquelle (10) ,und

eine Steuereinrichtung (25, 30), die auf das impulsförmige elektrische Signal hin den Schalter betätigt, wenn die Frequenz des impulsförmigen Signals kleiner als eine Referenzfrequenz ist, um das elektrische Heizelement (40, 50, 55, 65) von der elektrischen Stromquelle (10) zu trennen und dadurch das Durchbrennen des Heizelements aufgrund der Speisung desselben, wenn die Drehzahl des Propellers (5) kleiner als ein vorbestimmter, der Referenzfrequenz entsprechender Wert ist, zu verhindern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (25, 30) enthält:

eine Schaltersteuereinrichtung (25, 175) zum Betätigen des Schalters (15) auf ein erstes Steuersignal hin, welches die Differenz zwischen der Frequenz des impulsförmigen Signals und der Referenzfrequenz angibt, und eine Signalverarbeitungseinrichtung (30) , die auf das impulsförmige Signal hin das erste Steuersignal an die Schaltersteuereinrichtung (25, 175) abgibt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuereinrichtung (25, 175) enthält:

einen Stellantrieb (161, 165, 170, 220) zum öffnen und Schließen des Schalters (15, 215) auf zeitgesteuerte Eingangssignale an dem Stellantrieb hin, und einen Zeitgeber (175) zum Liefern der zeitgesteuerten Eingangssignale an dem Stellantrieb, wobei der Zeitgeber auf das erste Steuersignal hin ein zweites Steuersignal an den Stellantrieb abgibt, welches einem öffnen des Schalters entspricht, wenn die Frequenz des impulsförmigen Signals kleiner als die Referenzfrequenz ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (30) enthält:

einen Frequenzzähler (230), der ein Ausgangssignal liefert, welches die Frequenz des impulsförmigen Signals angibt, und eine Differenzschaltung (235), die ein Ausgangssignal liefert, welches die Differenz zwischen den Frequenzzählerausgangssignal und einem die Referenzfrequenz angebenden Signal angibt.