DE3617509A1 - Flugzeugpropellersteuerung - Google Patents

Description

FlugzeugpropellerSteuerung

Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung bzw. Steuerung von in entgegengesetzten Richtungen rotierenden bzw. gegenläufigen Propellern bei einem Flugzeug.

Figur 1 zeigt ein Flugzeug 3 mit hinten angebrachten Gasturbinentriebwerken 6. Die Triebwerke 6 treiben jeweils einen vorderen Propeller 9F und einen hinteren Propeller 9A an, die in entgegengesetzten Richtungen um eine Achse rotieren.

Figur 2 zeigt genauer das Triebwerkpropellersystem gemäß Figur 1. Links befindet sich ein Gasturbinentriebwerk 15, wie beispielsweise das F4O4-Triebwerk der General Electric. Zu Erläuterungszwecken kann das Gasturbinentriebwerk 15 als ein

Gasgenerator betrachtet werden, der eine hochenergetische Gasströmung 33 erzeugt und die Gasströmung 33 an eine Propellerstufe 36 liefert.

Die Propellerstufe 36 entzieht der Gasströmung 33 direkt Energie durch mit geringer Drehzahl umlaufenden Turbinenschaufelsätzen. (Dies unterscheidet sich von der üblichen Verwendung einer mit hoher Drehzahl umlaufenden Turbine, deren Drehzahl auf dem Weg zu einem Propeller durch ein Untersetzungsgetriebe vermindert wird.) Ein erster Satz Schaufeln 39 entzieht Energie aus der Gasströmung 33 und dreht den vorderen Propeller 9F. Ein zweiter Satz Schaufeln 42 dreht den hinteren Propeller 9A, aber in entgegengesetzter Richtung zu dem vorderen Propeller 9F. Lager 47 haltern die Schaufelsätze und Propeller und gestatten diese gegenläufige Rotation.

Ein Steigungsverstellmechanismus 52 zum Verändern des Anstellwinkels der Propeller 9A und 9F ist schematisch gezeigt. Es ist erwünscht, den Steigungsstellmechanismus 52 so zu steuern, daß der Propelleranstellwinkel unter den vorherrschenden Betriebsbedingungen des Flugzeugs richtig ist.

/\ Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung für den Steigungsstellmechanismus von gegenläufigen Propellern zu schaffen. Weiterhin soll eine Steuerung geschaffen werden, um die Propeller in einem gegenläufigen Propellersystem sowohl zu synchronisieren als auch für eine synchrone Phase zu sorgen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Anstellwinkel, Drehzahlen und der Phasenwinkel von gegenläufigen Flugzeugpropellern gesteuert bzw. geregelt.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 zeigt ein Flugzeug mit gegenläufigen Propellern.

Figur 2 zeigt genauer die gegenläufigen Propeller gemäß Figur 1.

., Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 4 zeigt in Blockform die Arbeitsweise von einem Teil eines Computerprogramins, das nahe dem Ende der Beschreibung dargestellt ist.

Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figuren 4A und 5A zeigen Blockdiagrammkomponenten, die das Signal Y2D in den Figuren 4 und 5 verarbeiten.

Figuren 6A-D zeigen eine Abfolge von Schritten in Blockdiagramraalgebra, die eine Vereinfachung von Figur 4, die Figur 5 zur Folge hat, erläutern.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Drehzahlsensoren 5OF und 5OA (auch in Figur 2 gezeigt) messen die entsprechenden Drehzahlen der vorderen und hinteren Propeller 9F und 9A. Diese Drehzahlsensoren liefern digitale Signale auf Leitungen 52 und 54, die in Summierstellen 56 und 58 subtrahiert werden. Diese Drehzahlmessung ist in der Gasturbinentriebwerkstechnik bekannt.

Ein gemeinsames Drehzahlbefehlssignal für die Propeller 9A und 9F ist auf der Leitung 60 vorhanden und ist als XN48D und XN49D bezeichnet. (Die Bezeichnung "XN48D" etc. ist verwendet, um mit dem Quell-Code eines Computerprogramms zu korrelieren, das später erläutert wird. "D" bezieht sich auf den Befehl "Befehl" (demand). ) Das Drehzahlbefehlssignal auf der Leitung 60 resultiert aus einem Flugerfordernis des Flugzeuges und wird entweder durch den Piloten des Flugzeuges oder durch eine automatische Steuerung generiert. Dieses Signal gibt die Drehzahlen an, mit denen die Propeller 9A und 9F rotieren sollen. Falls das Signal durch eine automatische Steuerung generiert wird, wird das Drehzahl-

befehlssignal als eine Funktion des Druckes P2 (Einlaßgesamtdruck des Triebwerkes) und P46 (Zwischendruck des Turbinenausgangsdrucks) des Gasturbinentriebwerks 15 in Figur 2 geplant. Die Zwischendruckturbine ist nicht gezeigt, befindet sich aber unmittelbar stromabwärts von dem Pfeil 33. Eine derartige Planung ist bekannt.

Das Drehzahlbefehlssignal auf der Leitung 60 wird in Summierstellen 56 und 58 addiert. Infolgedessen erzeugen diese Summierstellen Drehzahlfehlersignale U1 und U2 an ihren Ausgängen. Ein Drehzahlfehlersignal gibt die Differenz zwischen der Befehls- bzw. Solldrehzahl (beispielsweise XN48D) und der gemessenen bzw. Ist-Drehzahl (beispielsweise XN48F) eines Propellers (beispielsweise 9F) an. Die Drehzahlfehlersignale U1 und U2 werden in entsprechende digitale Regler 62 und 64 eingegeben.

Die digitalen Regler 62 und 64 funktionieren als Proportional/ Integral-Regler und verarbeiten die entsprechenden Drehzahlfehlersignale U1 und U2, um dadurch verarbeitete Befehlssignale Y1D und Y2D zu liefern. Die digitalen Regler 62 und 64 sind für eine einfache Erläuterung als getrennte Blöcke gezeigt. In einem Ausführungsbeispiel sind sie jedoch als ein einziges digitales Computerprogramm implementiert, das Drehzahlfehlersignal U1 und U2 bearbeitet. Die Regler 62 und 64 können dazu verwendet werden, die Wechselwirkungen zwischen den zwei Bläsersteuerschleifen 130 und 134, auf die später eingegangen wird, zu verkleinern. Der Quell- bzw. Source-Code für ein derartiges Programm ist am Ende der Beschreibung angegeben.

Y1D und Y2D werden als Positions- bzw. Stellungsbefehle an Summierstellen 70 und 72 geliefert, worin digitale Signale ACT1F und ACT2F subtrahiert werden. ACT1F und ACT2F sind Positions- bzw. Stellungssignale, die die tatsächlichen, gemessenen Positionen von linearen Hydraulikkolben 81 und 84 in Figur 2 darstellen und die durch Fühler 74 und 77 erzeugt

werden. Da die Geometrie der Verbindungen zwischen den Kolben und den Propellerschaufeln im voraus bekannt ist, kann die Propellersteigung aus den Signalen ACT1F und ACT2F geschlossen werden. Somit sind die Signale ACT1F und ACT2F direkte Anzeigen für die Kolbenstellung (Kolben 81 und 84) und sie sind ein indirektes Maß für die Propellersteigung. ACT1F und ACT2F sind direkt gemessene Positionssignale und indirekt gemessene Steigungssignale.

Eine Einrichtung zum Verändern der Steigung bzw. des Anstellwinkels der Propeller 9A und 9F gemäß Figur 2 ist in einer Patentanmeldung der Anmelderin in den Vereinigten Staaten von Amerika, US-Serial-Number 647 282, eingereicht am 4. September 1984, angegeben. Diese Anmeldung wird hiermit inkorporiert.

Die Summiersteilen 70 und 72 erzeugen an ihren Ausgängen Positions (oder Steigungs-) - Fehlersignale YE1 und YE2. Die Positionsfehlersignale werden Kompensationsblöcken 89 und 92 zugeführt. Die Kompensationsblöcke 89 und 92 liefern analoge Signale XMA1 und XMA2 (im Gegensatz zu den digitalen Signalen, die mit YE1 und YE2 bezeichnet sind), die Verstärkern 96 und 98 zugeführt werden, die Drehmomentmotor-Servoventilen (TMSV) 100 und 102 ansteuern, die ihrerseits die Betätigungsglieder 106 und 108 steuern, die, in diesem Ausführungsbeispiel, Kolben 80 und 84 sind, wie es in Figur 2 gezeigt ist. Die Verwendung eines Verstärkers 96 zum Ansteuern des Servoventils TMSV 100 und eines Stellgliedes 106 in Figur 2, um eine Veränderung im Anstellwinkel eines Flugzeugpropellers 9F zu bewirken, ist in der Steuertechnik an sich bekannt.

Die Ausgangsgrößen der Betätigungsblöcke 106 und 108 stellen die tatsächlichen räumlichen Positionen der Kolben 81 und 84 in Figur 2 dar, die die Anstellwinkel der Propeller in der oben beschriebenen Weise einstellen. Diese Ausgangsgrößen sind keine Signale. Die Blöcke 74 und 77 erzeugen die Signale, die ein Maß für die Positionen sind. Der mit "Triebwerk" bezeichnete Block 115 liefert die Luftströmung 33 in Figur 2, um die Propeller 9F und 9A anzutreiben. Zwischen den Stell-

gliedern 106 und 108 befinden sich mechanische Verbindungsblöcke 1O6A und 1O8A. Diese Blöcke betonen die Tatsache, daß eine lineare Bewegung des Kolbens 81 und 84 in eine Propellersteigungsänderung transformiert wird. Somit wirkt der Triebwerksblock 115 auf Propeller mit Steigungen, die durch die Stellglieder 106 und 108 bestimmt sind. Die Steigung bestimmt die Propellerdrehzahl unter gegebenen Triebwerksausgangs- und Flugzeugbetriebsbedingungen.

Die bis zu dieser Stelle beschriebene Erfindung kann wie folgt zusammenfassend charakterisiert werden. Die Drehzahlbefehlssignale XN48D und XN49D auf der Leitung 60 erzeugen zusammen mit den gemessenen Drehzahsignalen XN48F und XN49F auf den Leitungen 52 und 54 die Drehzahlfehlersignale U1 und U2, die durch die digitalen Regler 62 und 64 verarbeitet werden, die die Signale Y1D und Y2D erzeugen. Y1D und Y2D werden dann durch Steigungsrückführungssignale ACT1F und ACT2F modifiziert, um Steigungsfehler- (tatsächlich Positionsfehler-) Signale YE1 und YE2 zu liefern. Diese Steigungsfehlersignale wirken auf die Stellglieder 106 und 108, um den Steigungsfehler (d.h. die Differenz zwischen der Soll- und Ist-SteigungJ zu verkleinern, indem die Steigungen der Propeller schauf ein geändert werden. Diese Schaufelsteigungsänderung beeinflußt die Belastung der Turbinenschaufeisätze 39 und 42 in Figur 2, um dadurch die Drehzahl des veränderten Propellers zu ändern, da die Energie in der Luftströmung 33 im allgemeinen konstant bleibt.

Die insoweit beschriebene Erfindung enthält eine Zweikreis-Regeleinrichtung für jeden Propeller, wobei beide geschlossene Schleifen bzw. Regelkreise sind. Der erste ist ein Steigungs-Rückführungskreis, der durch Pfeile 120 und 124 bezeichnet ist, und der zweite ist ein Drehzahl-Rückführungskreis, der durch Pfeile 13 und 134 bezeichnet ist. Diese Regelkreise haben die Funktion, die Propellerdrehzahlen auf der einzigen Drehzahl zu halten, die als Soll-Drehzahl auf der Leitung 60 angegeben ist. Das heißt, sie synchronisieren die Propeller.

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Die vorliegende Erfindung versucht aber nicht nur die Propeller 9A und 9F zu synchronisieren/ sondern auch für eine Synchrophase zu sorgen, um den Lärm und die Schwingungen zu steuern. Die Synchrophasierung wird anhand von Figur 1 erläutert. Der Phasenwinkel ist der Winkel PH zwischen der Schaufelnummer 1F des vorderen Propellers 9F und der Schaufelnummer 1A des hinteren Propellers 9A₇ aber gemessen zu einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise wenn die Schaufel 1F sich in der Zwölf-Uhr-Stellung befindet. (Es ist selbstverständlich notwendig, den Phasenwinkel PH zu einer vorbestimmten Zeit oder in bezug auf eine andere Bezugsgröße zu definieren, da der Winkel PH sich aufgrund der Gegenläufigkeit konstant ändert). Die Synchrophasierung ist der Prozeß, den Phasenwinkel PH einzustellen. Erfindungsgemäß wird der Phasenwinkel PH wie folgt gesteuert bzw. geregelt.

Die Blöcke 120A und 122 in Figur 3 erzeugen ein Phasensignal PH, das ein Maß für den Phasenwinkel PH in Figur 1 ist. Eine Möglichkeit zum Erzeugen eines derartigen Phasensignals besteht darin, von Propellern mit einem bekannten Phasenwinkel auszugehen und dann die nachfolgende Anzahl von Drehungen von jeder Schaufel zu zählen, wobei die Sensoren 5OF und 5OA in Figur 2 benutzt werden. Es gibt noch andere Methoden zum Bestimmen der Phase der Propeller 9A und 9F, von denen einige bekannt sind.

Unabhängig von dem verwendeten Verfahren wird das digitale Phasensignal PH, das ein Maß für den Winkel PH in Figur 1 ist, in der Summierstelle 130 von einem Phasenbefehlssignal PHAD subtrahiert. Das Soll-Signal PHAD wird von dem Piloten oder von einer automatischen Steuerung geliefert. Die Summierstelle 130 erzeugt somit ein Phasenfehlersignal U6, das einem Synchrophasen-Regler 124 zugeführt wird, der auch ein Drehzahlsignal empfängt, das ein Maß für die Triebwerksdrehzahl auf der Leitung 125 ist. Der Synchrophasen-Regler 124 erzeugt bei den vorstehend beschriebenen Eingangsgrößen ein Phasensteuersignal Y3. Das Phasensteuersignal Y3 wird in der

Summierstelle 72 addiert, um dadurch das Steigungsfehlersignal YE2 zu ändern. Dies bewirkt, daß das Stellglied 108 versucht, das Steigungsfehlersignal YE2 zu verkleinern durch Einstellen der Steigung des hinteren Propellers 9A.

Wenn beispielsweise beide Drehzahlfehlersignale U1 und U2 anzeigen, daß die Propeller bei der geforderten Drehzahl synchronisiert sind, kann der Flugzeugpilot den Phasenwinkel PH ändern wollen. Wenn er den Phasenwinkel vergrößern will, würde er ein Phasenbefehlssignal PHAD generieren, das ein Fehlersignal U6 erzeugen würde. Das Fehlersignal U6 würde effektiv das Steigungsfehlersignal YE2 vergrößern, wodurch die Steigung des hinteren Propellers 9A in den Figuren 1 und 2 vergrößert wird. Diese Vergrößerung würde den hinteren Propeller verlangsamen, wodurch der Steigungsfehler verkleinert wird.

Es werden nun mehrere wichtige Aspekte der vorliegenden Erfindung erörtert.

1: Es wurden vorstehend zwei geschlossene Rückführungsschleifen für jeden Propeller beschrieben. Zusätzlich wird eine dritte Rückführungsschleife, nämlich eine Phasenrückführungsschleife, die die Blöcke 120A, 122 und 124 und die Summierstellen 72 u. 130 enthält, zu dem hinteren Propeller 9A hinzugefügt. Somit enthält die Regeleinrichtung zwei Rückführungsschleifen für den vorderen Propeller, aber drei Rückführungsschleifen bzw. Regelkreise für den hinteren Propeller.

2: Die Drehzahl-Regelkreise werden während der Synchrophasierung nicht geöffnet. Das heißt, daß beispielsweise während der Zuführung des Phasensteuersignals YE2 zur Summierstelle 72 während einer Phasenänderung weder die Steigungsfehlersignale Y1D und Y2D den Summierstellen 70- und 72 hinzugeführt werden noch die gemessenen bzw. Ist-Steigungssignale ACT1F und ACT2F von den Summierstellen 70 und 72 getrennt werden. Das heißt, die Drehzahlschleifen, die Steigungsschleifen und die Phasenschleife bleiben geschlossen und arbeiten zu allen Zeiten.

3: Die Phaseneinstellung wird durch Modifikation der Steigung bzw. des Anstellwinkels des hinteren Propellers vorgenommen. Modellversuche der Anmelderin haben gezeigt, daß Steigungsänderungen auf dem hinteren Propeller 9A den vorderen Propeller 9F viel weniger stören als Steigungsänderungen auf dem vorderen Propeller 9F den hinteren Propeller 9A stören: die nach vorne gelieferte Störung ist viel kleiner als die Störung, die nach hinten zugeführt wird. Demzufolge wird erfindungsgemäß die Synchrophasierung durch Beeinflussung auf den hinteren Propeller erreicht, anstatt auf den vorderen Propeller.

4: Da die Turbinensätze 39 und 42 fluidisch gekoppelt sind, können sich ihre relativen Drehzahlen unterscheiden. Somit ist die oben beschriebene Synchrophasierung möglich.

Es seien noch einige Erläuterungen zu dem Software-Code gegeben. Die Zeilen 1 und 2 des Codes beziehen sich auf die Arbeitsweise der Summierstellen 56 und 58 in Figur 3. Die Zeilen 3 bis 6 beziehen sich auf die numerische Darstellung des P/I-Reglers, der durch die Blöcke 62 und 64 angegeben ist. Für einen kontinuierlichen, analogen Regler können die Zeilen 3 bis 6 geschrieben werden, wie es in Figur 4 gezeigt ist. Der P/I-Regler (d.h. die Blöcke 62 und 64 in Figur 3) wird "proportional" genannt wegen der Größe "a" im Block 170 in Figur 4 ("a" würde in diesem analogen Fall den Wert 0,00105 haben). Die Ausgangsgröße (beispielsweise Y2D in Zeile 9 des Codes und wie es in Figur 4 gezeigt ist), ist porportional zu der Eingangsgröße (beispielsweise Ü2 in den Zeilen 4 und 6 des Codes und wie es in Figur 4 gezeigt ist) mit dem Proportionalitätsfaktor "a".

Der Regler wird "Integral" genannt wergen der Größe b/s im Block 176, wobei "b" den Wert von 0,003 in diesem analogen Fall haben würde. 1/s bezieht sich auf die Integration bezüglich der Zeit. Die Konstanten a und b in den Blöcken 170 und 176 sind in dem numerischen (d.h. digital nicht analog)

Fall durch die Zahlen 0,001065 und 0,00003 in den Zeilen 4 und 6 des Codes dargestellt.

Für den Block 64 in Figur 3 stellen die Zeilen 4 und 6 den ABCD-Statusübergang oder die Differenzgleichungsform für den vergleichbaren Z-Transformationsregler

0,001065

1 - Z

für eine Probenabtast- bzw. Sample-Periode von T = 0,01 Sek dar. Die Konstanten a und b in den Blöcken 170 und 176 sind nicht identisch mit denjenigen der Z-Transformation aufgrund der Näherungen in der Beziehung, wobei

- ST

Mit anderen Worten unterscheiden sich die Werte von "a" und "b" leicht in Abhängigkeit davon, ob man analog oder digital arbeitet.

Die Terme X11B und X21B in den Zeilen 7 und 9 sind Basispunkt werte, die als eine Funktion des Trxebwerksarbeitspunktes geplant werden. G48 und G49 in den Zeilen 5 und 6 sind Schlei fenverstärkungsmultiplizierer, die als eine Funktion des Arbeitspunktes geplant werden. In den Zeilen 3 und 4 sind X1 und X2 die vergangenen Werte der Zustände, und U1 und Ü2 sind die vergangenen Werte der Drehzahlfehler. In den Zeilen 3 und 4 sind XNEW1 und XNEW2 die gegenwärtigen Werte der Zustände, die aus der numerischen rechtwinkligen Integration resultieren. Die Variable X1 in Zeile 5 ist der gegenwärtige Wert des Zustandes und ist die gleiche wie die Variable XNEW1 in Zeile 3. Ähnliches gilt für X2 in Zeile 6 in bezug auf XNEW2 in Zeile 4, U1 und U2 in den Zeilen 5 und 6 sind die gegenwärtigen Werte der Drehzahlfehler. Diese Unterscheidung in der Nomenklatur wird durch die spezielle Software gemacht, die bei der Entwicklung verwendet wurde. Die Gleichungen in den

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Zeilen 3 bis 6 stellen typische Differenzgleichungen dar.

Die Zeilen 11 und 12 beziehen sich auf die Arbeitsweise der Summierstellen 70 und 72.

Die Funktion der Zeilen 13 bis 16 ist bisher noch nicht erläutert worden. Diese Zeilen generieren/ was als "Dachfunktionen" bezeichnet werden könnte. Die berechneten Ergebnisse der Dachfunktionen sind die Variablen GF1 und GF2 in den Zeilen 18, 20, 24, 26, 29 und 30. Der Vorgang "SIGN" (Vorzeichen) in den Zeilen 13 und 14 bezieht sich auf die SIGN-Funktion: beispielsweise hat "SIGN (1.0, YE1)" in Zeile 13 einen Wert von +1, wenn YE1 positiv ist, und einen Wert von -1, wenn YE1 negativ ist. Die Operation der Dachfunktionen besteht darin, den Variablen GF1 und GF2 größere Werte zu geben, wenn die Fehlersignale YE1 und YE2 klein sind, um somit XMA1 und XMA2 in den Zeilen 29 und 30 größer zu machen. Dies dient dazu, das Totband in den Drehmomentmotor-Servoventilen zu überwinden. Es wurde gefunden, daß die Totzone in den Servoventilen TMSV einen Fehler in dem Ist-Steigungswinkel zur Folge hat. Die "Dach"-Funktion verkleinert diesen Fehler.

Die Codezeilen 29 und 30 beziehen sich auf die Kompensationsblöcke 89 und 92 in Figur 3. GF1 und GF2 sind die Dachfunktionsmultiplizierer, YE1 und YE2 sind die Positionsfehler (d.h. die Positionen der Kolben 81 und 84 in Figur 2) und G ist eine Umwandlungskonstante für Einheiten. (Die Einheiten ΧΜΆ1 und SMA2 müssen in Milliampere vorliegen, während diejenigen von YE1 und YE2 dies nicht tun müssen).

Die Code-Zeile 32 bezieht sich auf die Summierstelle 130 in Figur 3. Die Zeilen 32 bis 37 begrenzen U6 auf einen Bereich zwischen -45 und +45 Grad. Eine Funktion dieser Begrenzung besteht darin, alle Propellerschaufeln als identisch zu behandeln. Wenn beispielsweise der Phasenwinkel PH von 44 auf 46 Grad anwächst, haben die Code-Zeilen 31 bis 39 die Wirkung, den Phasenwinkel PH von 44 Grad auf 1 Grad neu zu definieren.

Die Phase wird somit nun zwischen einem unterschiedlichen Paar von Schaufeln gemessen. Diese 45 Grad-Begrenzung nimmt Schaufeln pro Propeller (3 6/8 = 45) an. Wenn eine andere Schaufelzahl verwendet wird, ist der Begrenzungsbereich selbstverständlich unterschiedlich.

Die Zeilen 46 bis 48 beziehen sich auf einen zweiten Satz von Differenzgleichungen, die einen Proportional/Integral-Regler in Figur 3 darstellen, der im wesentlichen gleich mit dem Proportional/Integral-Regler ist, der im Block 64 verwendet ist. Die in Verbindung mit Figur 4 erläuterten Prinzipien gelten auch für die Zeilen 46 bis 48. Die Zeile 47 bezieht sich auf das Signal Y3, das der Summierstelle 7 2 in Figur 3 zugeführt ist. Gl in Zeile 47 in ein Schleifenverstärkungsmultiplizierer, der als eine Funktion des Arbeitspunktes geplant ist.

Die Code-Zeile 2 enthält die Variable "TRIM", die der Summierstelle 58 in Figur 3 zugeführt wird. Diese Variable ist unter der Steuerung des Piloten und gestattet ihm, unterschiedliche Drehzahlen für die zwei Propeller zu wählen.

Quell- bzw. Source-Code

1 U1=XN48D-XN48F

2 U2=(XN49D+TRIM)-XN49F

3 XNEW1=X1+G48*U1

4 XNEW2=X2+G49*U2

5 Yl=.00014*Xl+.00427*Ul*G48

6 Y2=.00003*X2+.001065*U2*G49

7 YlD=Yl + XIlB

8 C REFLECTS INITIAL CONDITIONS

9 Y2D=Y2 + X21B

10 C REFLECTS INITIAL CONDITIONS

11 YE1=Y1D-ACT1F

12 YE2=(Y2D+Y3)-ACT2F

13 Ml=SIGNC1.0,YEl)*(1.0-HTl)/ELIMl

14 M2=SIGN(1.0,YE2)*(1.0-HT2)/ELIM2

15 T1=M1*YE1+HT1

16 T2=M2*YE2+HT2

17 IF(ABS(YEl).LT.ELIMl)THEN

18 GFl=Tl

19 ELSE

20 GFl=LO

21 END IF

22 C

23 IF(ABS(YE2).LT.ELIM2)THEN

24	C	GF2=T2	Quell- bzw. Fource-Code II
25		ELSE
26		GF2-1.0
27		END IF
28
29		XMA1=G*YE1*GF1
30		XMA1=G*YE2*GF2
31		IF (L4.GT.0) THEN
32		Uo=PHAD-PH
33		IFCU6.LT.-22.5)THEN
34		U6=U6+45.
35		ELSE IF(U6.GT.22.5)THEN
36		U6=U6+45.
37		ENDIF
38		ELSE
39		U6 = 0
40		END IF
41		IF (SP .LT. 1) THEN
42		XX3=0
43		ELSE -
44	C	XX3=X3
45		END IF
46	C	XNEW3=XX3+U6*G1
47	C	Y5=.00003*X3+.001065*U6*Gl
48	70
49	C	RETURN
50	80
51		COMPUTATION ON ACCEPTED VALUES
52		RETURN
53	FINAL COMPUTATIONS
54	RETURN
55	END

4 XNEW2=X2+(G49*U2+Y3)

6 Y2=0.00003*X2+0.001065*(U2*G49+Y3)

12 YE2=Y2D-ACT2F

Es wurde eine Steuerung bzw. Regelung beschrieben zum Steuern bzw. Regeln eines gegenläufigen,turbinen-getriebenen Propellersatzes. Die Regelung hat zwei Schleifen für jeden Propeller: eine Drehzahlregelschleife und eine Steigungsregelschleife. Zusätzlich hat die Regelung eine dritte Schleife
für einen der Propeller, eine Phasenregelschleife. Alle
Schleifen sind vorzugsweise zu allen Zeiten geschlossen, und die Phasenregelschleife arbeitet vorzugsweise durch Einstellen

der Steigung (und somit der Drehzahl) des hinteren Propellers.

Die vorstehende Beschreibung hat die Erzeugung von Drehzahlfehlersignalen U1 und U2 durch Suinmierstellen 56 und 58 beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Fehlersignale im wesentlichen ähnlich zu den SchubfehlerSignalen sind: der Schub der Propeller ist eine Funktion der Propellerdrehzahl . Deshalb kann man einen Schubsensor anstelle der Drehzahlsensoren 5OA und 5OF einsetzen und das Signal auf der Leitung 60 als ein Schub-Sollwertsignal anstatt eines Drehzahl-Sollwertsignals behandeln. Eine Schubmessung kann durch zahlreiche bekannte Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise ist der Schub eine Funktion des gesamten Druckabfalls (d.h. Druckverhältnis) über den gegenläufigen Turbinenschaufelsätzen 39 und 42 in Figur 1. Weiterhin kann der Schub durch Dehnungs- bzw. Spannungsmesser gemessen werden, die an den Wellen oder Zylindern befestigt sind, die die Propeller 9OA und 9OF haltern. Eine Wellenverlängerung ist ein Maß des Schubes. Weiterhin kann der Schub indirekt abgeleitet werden. Ein gegenläufiger Schaufelsatz 9A und 9F kann aufgebaut werden, entweder in tatsächlicher Größe oder maßstabsgerecht, und in einer Lastzelle bzw. Kraftmeßexnrichtung laufen. Der Schub für verschiedene Betriebsbedingungen, einschließlich verschiedener Propellerdrehzahlen und Schaufeiste igungs zustände, wird in einem Plan aufgezeichnet. Dann werden beim tatsächlichen Flug die Bedingungen, wie beispielsweise Propellerdrehzahl und Schaufelsteigung, gemessen, und der Schub wird aus dem darauf basierenden Plan abgeleitet. Deshalb können die Drehzahlschleifen 131 und 134 als Schubschleifen betrachtet werden, wobei der Schub der Parameter ist, der auf der Leitung 60 gefördert wird, und der auch der Parameter ist, auf dessen Basis die Schleifen geschlossen werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel basiert auf der Tatsache, daß der digitale Regler 64 in Figur 3 dem Synchrophasen-Regler 124 ähnlich ist. Die Ähnlichkeit ist durch die Ähnlich-

"73 ._:;, ■■:■ j : ::-

keit der Form der Zeilen 4. und 6 in dem Quell- bzw. Source-Code (für den digitalen Regler 64) im Vergleich zu den Zeilen 46 und 47 (für den Synchrophasen-Regler 124) dargestellt. Diese Ähnlichkeit gestattet, daß der Synchrophasen-Regler 124 eliminiert werden kann, wie es in Figur 5 gezeigt ist. Figur 5 ist implementiert durch Ersetzen der Zeilen 4, 6 und 12 durch die entsprechenden Zeilen im Quell- bzw. Source-Code II und durch Eliminieren der Zeilen 41 bis 48 einschließlich.

Eine Rechtfertigung für diesen Ersatz in Figur 5 ist durch die Folge der Figuren 6A-D gezeigt. Figur 6A ist eine ähnliche Darstellung wie Figur 4, aber mit einem hinzugefügten Eingang 200, der das Signal Y3 in Figur 3 darstellt. Y3 ist die Ausgangsgröße des Synchrophasen-Reglers 124. Figur 6B wird erhalten durch Verkleinern der die Blöcke 202 und 204 enthaltenden geschlossenen Schleife in Figur 6A auf eine vereinfachte "Verzögerung", nämlich Block 206 in Figut 6B. Figur 6C resultiert aus Figur 6B durch Auftrennen der Leitung 208 in Figur 6B, wie es durch die gezackten Linien 210 gezeigt ist. Figur 6C wird somit Figur 6B, aber mit einem offenen Eingang 212 und einer offenen Schleife 214. In Figur 6D ist der Block 216 gemäß Figur 6C in Blöcke 218 und 220 aufgespalten, wobei der Block 218 in dem Sinne invertiert ist, daß s /( s+a) die Inversion von (s+a)/s ist.

Die Funktion f(s) in Block 220 in Figur 6D stellt einen Teil des Synchrophasen-Reglers 124 in Figur 3 dar. Wenn dem Block 220 die Form (s+a)/s gegeben ist, wie es durch den Pfeil 222 dargestellt ist, und wenn die Größen a in den Blöcken 218 und 220 identisch sind,dann erübrigt der Block 218 den Block 220. Diese Streichung hat ein sehr signifikantes Ergebnis: die Integratoren, die in den Blöcken 218 und 220 vorhanden sind, sind eliminiert. Dies ist wichtig, da ein Integrator in irgendeinem Regelsystem sorgfältig ausgelegt werden muß. Der Integrator ist immer "in Betrieb", er integriert ständig seine Eingangsgröße, und erzeugt deshalb immer eine Ausgangsgröße (selbstverständlich abgesehen von dem Fall, daß die

Eingangsgröße null war für eine lange Zeit in bezug auf die Zeitkonstante des Integrators).

Der Quell- bzw. Source-Code, modifiziert durch den Source-Code II, implementiert die in Figur 5 gezeigten Konzepte. Es tritt nur eine Integration für jeden Propeller auf, nämlich in den Zeilen 3 bis 9 des Source-Codes. Weiterhin sind selbst bei dem ursprünglich erläuterten Source-Code die Zeitkonstanten des Synchrophasen-Reglers 124 und des digitalen Reglers 64 die gleichen. Das heißt, die Koeffizienten 0,00003 und 0,001065 in den Zeilen 6 und 47 sind die gleichen. Dadurch kann der Block 124 in Figur 3 eliminiert und die Größe U6 direkt in den Block 64 mit der richtigen Verstärkung G1 eingegeben werden, wie es durch die gestrichelte Linie 250 in Figur 3 angegeben ist. Dementsprechend wird die Verarbeitung von Y2D in Figur 4 durch die Komponenten in Figur 4 geändert in die Verarbeitung von Y2D in Figur 5 durch die Komponenten in Figur 5A.

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Regelung für hintere und vordere Flugzeugpropeller, die um eine gemeinsame Achse rotieren, gekennzeichnet durch:

(a) Mittel (131) zum Regeln der Drehzahl des vorderen Propellers f9FJ

(b) Mittel (134) zum Regeln der Drehzahl des hinteren Propellers (9A)₇

(c) Mittel (124) zum Regeln des Phasenwinkels zwischen den zwei Propellern.

2. Regelung für hintere und vordere Flugzeugpropeller, die um eine gemeinsame Achse rotieren, gekennzeichnet durch:

(a) Mittel (120) zum Verändern der Steigung bzw. des Anstellwinkels des vorderen Propellers in Abhängigkeit von der Drehzahl des vorderen Propellers und

(b) Mittel (124) zum Verändern der Steigung bzw. des

Anstellwinkels des hinteren Propellers in Abhängigkeit von sowohl der Drehzahl des hinteren Propellers als auch dem Phasenwinkel zwischen den zwei Propellern.

3. Regelung für hintere und vordere Flugzeugpropeller, die um eine gemeinsame Achse rotieren, gekennzeichnet durch:

(a) Mittel zum Verändern der Steigung bzw. des Anstellwinkels des vorderen Propellers in Abhängigkeit von dem Schub des vorderen Propellers und

(b) Mittel zum Verändern der Steigung bzw. des Anstellwinkels des hinteren Propellers in Abhängigkeit von sowohl dem Schub des hinteren Propellers als auch
dem Phasenwinkel zwischen den zwei Propellers.

4. Regelung für hintere und vordere Flugzeugpropeller, die um eine gemeinsame Achse rotieren, gekennzeichnet durch:

(a) Mittel zum Verändern der Steigung bzw. des Anstellwinkels des vorderen Propellers in Abhängigkeit von der Drehzahl des vorderen Propellers und der Steigung bzw. dem Anstellwinkel des vorderen Propellers und

(b) Mittel zum Verändern der Steigung bzw. des Anstellwinkels des hinteren Propellers in Abhängigkeit von sowohl der Drehzahl des hinteren Propellers, der
Steigung bzw. dem Anstellwinkel des hinteren Propellers als auch dem Phasenwinkel zwischen den zwei
Propellern.

5. Regelung für ein gegenläufiges, koaxiales Paar von Flugzeugpropellern gekennzeich net
durch :

Mittel zum Regeln der Drehzahl eines ersten Propellers

durch Einstellen der Steigung bzw. des Anstellwinkels des ersten Propellers,

Mittel zum Regeln der Drehzahl eines zweiten Propellers j durch Einstellen der Steigung bzw. des Anstellwinkels des zweiten Propellers,

Mittel zum Messen des relativen Phasenwinkels zwischen den ersten und zweiten Propellern und

Mittel zum Einstellen des Phasenwinkels durch Einstellen der Steigung bzw. des Anstellwinkels von einem der Propeller zum Verändern der Drehzahl dieses Propellers.

6. Regelung für hintere und vordere Flugzeugpropeller, die in entgegengesetzten Richtungen um eine gemeinsame Achse rotieren, gekennzeichnet durch:

(a) einen vorderen Drehzahlsensor zum Erzeugen eines vorderen Drehzahlsignals, das die Drehzahl des vorderen Propellers anzeigt,

(b) einen hinteren Drehzahlsensor zum Erzeugen eines hinteren Drehzahlsignals, das die Drehzahl des hinteren Propellers anzeigt,

(c) einen vorderen Steigungssensor zum Erzeugen eines vorderen Steigungssignals, das die Steigung des vorderen Propellers anzeigt,

(d) einen hinteren Steigungssensor zum Erzeugen eines hinteren Steigungssignals, das die Steigung des hinteren Propellers anzeigt,

(e) einen Phasensensor zum Erzeugen eines Phasensignals, das den Phasenwinkel zwischen den zwei Propellern anzeigt,

(f) ein vorderes Steigungsstellglied zum Verändern der Steigung des vorderen Propellers,

(g) ein hinteres Steigungsstellglied zum Verändern der Steigung des hinteren Propellers,

(h) Mittel zum Vergleichen der vorderen und hinteren Drehzahlsignale mit einem Istdrehzahlsignal und zum Erzeugen vorderer und hinterer Drehzahlfehlersignale in Abhängigkeit davon,

(i) Mittel zum Verarbeiten der vorderen und hinteren Drehzahlfehlersignale und zum Liefern von verarbeiteten vorderen und hinteren Drehzahlfehlersignalen in Abhängigkeit davon,

(j) Mittel zum Vergleichen der verarbeiteten vorderen und hinteren Drehzahlsignale mit den entsprechenden vorderen und hinteren Steigungssignalen und zum Erzeugen vorderer und hinterer Steigungsfehlersignale in Abhängigkeit davon,

(k) Mittel zum Verändern der entsprechenden Steigungen der vorderen und hinteren Propeller in Abhängigkeit von den entsprechenden Steigungsfehlersignalen gemäß (J)/

(1) Mittel zum Verändern des verarbeiteten hinteren Drehzahlfehlersignals ,

(m) Mittel zum Vergleichen des Phasensignals mit einem Istphasensignal und zum Erzeugen eines Phasenfehlersignals in Abhängigkeit davon und

(n) Mittel zum Verändern des hinteren verarbeiteten Drehzahlfehlersignals gemäß (i) in Abhängigkeit von dem Phasenfehlersignal.