DE3640452C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung von Triebwerkspa rametern in gasturbinengetriebenen Hubschraubern, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an arrangement for monitoring engine spas parameters in gas turbine-driven helicopters, according to the generic term of claim 1.
Aufgrund seiner speziellen Flugeigenschaften eignet sich ein Hubschrau ber bekanntermaßen von allen Luftfahrzeugen am besten für den Einsatz auf engstem Raum, in unbekanntem und unwegsamem Gelände, in extremer Bo dennähe etc. Unter diesen Bedingungen treten häufig Flugmanöver und Flugzustände auf, welche dem Piloten äußerste Konzentration auf die Vor gänge in der Umgebung seines Fluggerätes abverlangen. Andererseits er fordert die mechanisch und thermisch hochbelastete Antriebstechnik eines Hubschraubers, hierbei insbesondere die Triebwerke, eine ständige Über wachung mittels im Cockpit angebrachter Instrumente, um ein Materialver sagen weitgehend auszuschließen.Due to its special flight characteristics, a helicopter is suitable Best known for all aircraft best for use in confined spaces, in unknown and rough terrain, in extreme bo because proximity etc. Flight maneuvers and Flight conditions that give the pilot extreme concentration on the pilot demand gears in the vicinity of his aircraft. On the other hand, he the mechanically and thermally highly stressed drive technology demands one Helicopter, especially the engines, a constant over monitoring by means of instruments installed in the cockpit in order to say largely exclude.
So ist es bei modernen, zweimotorigen Hubschraubern üblich, von jedem Triebwerk die Gaserzeugerdrehzahl N 1, die Temperatur TOT (T 4) am Turbinenaustritt des Gaserzeugers, sowie das Drehmoment M D und die Drehzahl N 2 der Nutzturbine laufend zu messen und einzeln anzuzeigen. Dabei werden die M D -Werte und die N 2-Werte beider Nutzturbinen auf je einem Anzeigeinstrument zusammen gefaßt. Dennoch sind es immerhin 6 einzelne Instrumente, welche ständig überwacht werden müssen.So it is with modern twin engine helicopter usual upon each engine gas generator speed N 1, the temperature TOT (T 4) display at the turbine outlet of the gas generator, and the torque M D and the rotational speed N 2 continuously to measure the power turbine and individually. The M D values and the N 2 values of both power turbines are combined on a display instrument. Nevertheless, there are at least 6 individual instruments that have to be constantly monitored.
Aus der US-PS 32 87 965 ist ein Triebwerksüberwachungssystem bekannt, welches die Arbeit des Piloten deutlich erleichtert. Dies wird dadurch erreicht, daß auf einem großen Rundinstrument die momentane Leistungsre serve jedes Triebwerkes angezeigt wird, falls diese einen bestimmten Mindestwert (z. B. 300 H.P.) unterschreitet. Dazu wertet das System stän dig für jedes Triebwerk die Parameter N g (≅ N 1), T 5 (≅ TOT) und Q (≅ TOT) aus, sucht sich je Triebwerk den Parameter mit dem kri tischsten Momentanwert und bringt diesen in Relation zu seinem zulässi gen Grenzwert zur Anzeige (siehe Fig. 1). Das zentrale Rundinstrument besitzt also für jedes Triebwerk einen unabhängigen Zeiger sowie einen festen, schraffierten Skalenbereich für unzulässige Betriebszustände. From US-PS 32 87 965 an engine monitoring system is known which significantly facilitates the work of the pilot. This is achieved by displaying the current power reserve of each engine on a large round instrument if it falls below a certain minimum value (e.g. 300 HP). For this purpose, the system continuously evaluates the parameters N g (≅ N 1 ), T 5 (≅ TOT) and Q (≅ TOT) for each engine, searches for the parameter with the most critical instantaneous value and puts it in relation its permissible limit for display (see Fig. 1). The central round instrument therefore has an independent pointer for each engine as well as a fixed, hatched scale area for impermissible operating states.
Die Momentanwerte von N g , T 5 und Q werden auf kleinen Zeigerinstru menten zusätzlich einzeln angezeigt, wobei Warnlampen auf den jeweils kritischsten Parameter hinweisen. Weiterhin sind Anzeigen für die abge gebene Momentanleistung (H dev ) sowie für den spezifischen Treibstoff verbrauch (SFC) vorhanden sowie Warnleuchten für zusätzliche Triebwerks kenngrößen (z. B. Öldruck P o ). Es ist auch vorgesehen, die kritischen Werte der drei wichtigsten Parameter zu speichern, um sie nach dem Flug am Boden auswerten zu können.The instantaneous values of N g , T 5 and Q are additionally displayed individually on small pointer instruments, with warning lamps indicating the most critical parameter. There are also displays for the instantaneous power output (H dev ) and for the specific fuel consumption (SFC) as well as warning lights for additional engine parameters (e.g. oil pressure P o ). It is also planned to save the critical values of the three most important parameters so that they can be evaluated on the ground after the flight.
Das beschriebene System besitzt jedoch auch Nachteile. Die Verwendung eines Zeigers für die Leistungsreserve jedes Triebwerkes auf einem In strument ist bei zwei- oder mehrmotorigen Fluggeräten für den Piloten insbesondere im Gefahrenfall verwirrend und unübersichtlich. Die Parame ter moderner Triebwerke weisen oft absolute Grenzwerte und zeitlich be grenzt zu überschreitende Grenzwerte auf. Eine Unterscheidung dieser Be triebsarten (unzulässig oder zeitlich begrezt zulässig) ist mit dem genannten System nicht möglich.However, the system described also has disadvantages. The usage a pointer for the power reserve of each engine on an In strument is for pilots with two or more engines especially confusing and confusing in the event of danger. The Parame modern engines often have absolute limit values and time limits limits to be exceeded. A distinction between these Be modes of operation (impermissible or limited in time) is with the mentioned system not possible.
Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Anordnung zur Über wachung von Triebwerksparametern in gasturbinengetriebenen Hubschraubern anzugeben, welche, ausgehend vom Prinzip der Anzeige der momentanen Lei stungsreserve, die Nachteile des bekannten Systems vermeidet.Thus, the object of the invention is an arrangement for over monitoring of engine parameters in gas turbine-driven helicopters indicate which, based on the principle of displaying the current lei power reserve that avoids disadvantages of the known system.
Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.This task is covered by the main claim marked features solved.
Ein Unterschied gegenüber der bekannten Lösung liegt darin, daß nur der momentan kritischste Parameter des momentan am höchsten belasteten Triebwerkes zur Anzeige kommt bzw. Warnsignale auslöst. Dies ist der Pa rameter mit der kleinsten relativen (prozentualen) Leistungsreserve bzw. mit Grenzwertüberschreitungen. Die Triebwerkshersteller geben zu jedem Triebwerksparameter (z. B. TOT) für jeden relevanten Flugzustand (z. B. Take-off, Ausfall eines Triebwerkes) Grenzwerte an, wobei unterschieden wird zwischen solchen, welche zeitlich beschränkt überschritten werden dürfen (flächige, bewegliche Maske), und absoluten Grenzwerten, welche nicht überschritten werden dürfen (zeigerartige, bewegliche Maske). Da bei gibt es durchaus absolute Grenzwerte, denen kein zeitlich limitier ter Bereich vorausgeht. Alle diese Grenzwerte sind in einem Rechner ge speichert, um die Parameter-Istwerte ständig damit vergleichen zu kön nen. Falls nun ein Istwert seinen Grenzwert überschreitet, wird dies dem Piloten angezeigt. Als Gegenmaßnahme muß der Pilot die den Triebwerken entnommene Leistung so weit und so lange reduzieren, bis der momentan angezeigte Parameter wieder eine Leistungsreserve aufweist. Bei zeitlich beschränkt zulässigen Überschreitungen ist diese Maßnahme spätestens nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne einzuleiten. Dabei ist es für den Piloten zunächst unerheblich, um welchen Parameter es sich bei An zeige und Warnung handelt. Es genügt, diesen Parameter durch Leistungs reduzierung wieder unter den Grenzwert zu bringen, alle anderen Parame ter liegen dann ja sowieso auf der sicheren Seite. Erfindungsgemäß wird ein zu der von den Triebwerken momentan abgegebenen Gesamtleistung pro portionaler Wert mittels Zeiger direkt angezeigt. Dieser Zeiger symboli siert zugleich den Momentanwert des kritischen Triebwerksparameters. Bezüglich dieses Zeigers werden die Masken für die Grenzwerte (absolut, zeitlich beschränkt) so verschoben, daß die geometrischen Verhältnisse (Skalennullpunkt-Zeiger-Maske) auf dem Anzeigeinstrument der tatsächli chen Relation zwischen Ist- und Grenzwert des angezeigten Triebwerkspa rameters entsprechen. Bei Leistungsreduzierung (Triebwerksausfall) wird die Stellung der Grenzwertmasken automatisch angepaßt.A difference compared to the known solution is that only the currently most critical parameter of the currently most heavily loaded engine is displayed or triggers warning signals. This is the parameter with the smallest relative (percentage) power reserve or with limit violations. The engine manufacturers specify limit values for each engine parameter (e.g. TOT) for each relevant flight condition (e.g. take-off, engine failure), whereby a distinction is made between those that may be exceeded for a limited period of time (flat, movable mask ), and absolute limit values, which must not be exceeded (pointer-like, movable mask). There are absolute limit values that are not preceded by a time-limited area. All of these limit values are stored in a computer in order to be able to constantly compare the actual parameter values with them. If an actual value now exceeds its limit value, this is displayed to the pilot. As a countermeasure, the pilot must reduce the power taken from the engines until the parameter currently displayed again has a power reserve. In the event of permissions being exceeded for a limited period, this measure must be initiated at the latest after the specified period of time. It is initially irrelevant to the pilot what parameter the display and warning are. It is sufficient to bring this parameter back below the limit by reducing the power; all other parameters are then on the safe side anyway. According to the invention, a pointer to the total output per portion of the current output by the engines is displayed directly. This pointer also symbolizes the instantaneous value of the critical engine parameter. With regard to this pointer, the masks for the limit values (absolute, limited in time) are shifted so that the geometric conditions (zero scale pointer mask) on the display instrument correspond to the actual relation between the actual and limit value of the displayed engine parameter. When the output is reduced (engine failure), the position of the limit value masks is automatically adjusted.
Die Unteransprüche 2 bis 5 enthalten bevorzugte Ausgestaltungen der An ordnung.The sub-claims 2 to 5 contain preferred embodiments of the An order.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestell ten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Dabei zeigt in verein fachter DarstellungThe invention is illustrated below with reference to the drawing th exemplary embodiments explained in more detail. It shows in association expert representation
Fig. 1 die wesentlichen Elemente der Anordnung zur Überwachung der maß geblichen Triebwerksparameter, Fig. 1 shows the essential elements of the arrangement for monitoring the measured bleached engine parameters,
Fig. 2 eine geänderte Ausführung des Anzeigeinstrumentes aus Fig. 1 in Teilansicht. Fig. 2 shows a modified version of the display instrument from Fig. 1 in partial view.
Der Rechner 2 in Fig. 1 ist quasi die Informations- und Schaltzentrale der Anordnung 1. Entsprechend den Angaben der Triebwerkshersteller sind in diesem Rechner alle in Frage kommenden Grenzwerte zu den Triebwerks parametern N 1, TOT und M D gespeichert. Bei zeitlich beschränkt zu überschreitenden Grenzwerten ist jeweils auch die zugehörige, maximale Zeitspanne gespeichert. Der Rechner 2 besitzt Eingänge 10, über welche ihm laufend von den Triebwerken die Parameter-Meßwerte sowie ggf. der kollektive Blattanstellwinkel D R des Hauptrotors zugeleitet wer den. Der Rechner 2 vergleicht die Momentanwerte der Triebwerksparameter mit den Grenzwerten und sucht sich den kritischsten Momentanwert, wel cher dann auf dem Anzeigeinstrument 3 zur Anzeige gebracht wird. Die Größe des Ausschlages des Zeigers 5 gegenüber der feststehenden Skala 6 wird durch einen Wert P bestimmt, welcher zu der von den Triebwerken mo mentan abgegebenen Gesamtleistung proportional ist. Eine Möglichkeit hierfür ist die Anzeige der Summe der Triebwerksdrehmomente M D . Eine weitere Möglichkeit (gestrichelt dargestellt) ist die Anzeige des kol lektiven Blattanstellwinkels D R des bzw. eines Hauptrotors. Der Rechner 3 benötigt die P-Information für die korrekte Steuerung der Grenzwert-Masken 7 und 8, aufgrund dieser Information kennt er nämlich die Stellung des Zeigers 5. Die Grenzwert-Masken 7 und 8 können der Ein fachheit halber fest miteinander verbunden sein. Optisch deutlicher sind unabhängig voneinander bewegliche Masken 7, 8, insbesondere im Hinblick auf die Unterscheidung zwischen unzulässigen und zeitlich beschränkt zu lässigen Betriebszuständen. Im folgenden wird von zwei voneinander unab hängigen Masken 7, 8 ausgegangen. Falls der vom Zeiger 5 symbolisierte Momentanwert des kritischen Triebwerksparameters eine Leistungsreserve aufweist, bewegt der Rechner 3 die in Frage kommende Grenzwert-Maske 7 oder 8 gegen den Uhrzeigersinn so weit auf den Zeiger 5 zu, daß das op tische Größenverhältnis des Winkels zwischen der Verbindungslinie Ska lenmittelpunkt/Skalennullpunkt und dem Zeiger 5 zum Winkel zwischen der Verbindungslinie Skalenmittelpunkt/Skalennullpunkt und der Maske 7 oder 8 dem tatsächlichen Größenverhältnis des angezeigten Momentanwertes zu seinem nächstliegenden Grenzwert entspricht. Somit ist die Größe des Winkels zwischen dem Zeiger 5 und der Maske 7 oder 8 ein Maß für die noch vorhandene Leistungsreserve. Falls nun der angezeigte Momentanwert den Grenzwert eines zeitlich beschränkt zulässigen Betriebszustandes überschreitet, wandert die gelb-rot schraffierte Maske 8 unter den Zei ger 5 und es erfolgt ein Warnsignal. Zur Erzeugung solcher Warnsignale können mechanische, optische und akustische Vorrichtungen vorgesehen sein, z. B. ein Pitchshaker, Warnleuchten oder ein Tongenerator. Unter einem Pitchshaker ist eine Vorrichtung zu verstehen, welche den Steuer knüppel in für den Piloten deutlich spürbare Schüttelbewegungen ver setzt. Diese Vorrichtungen können einzeln oder in Kombination zur Anwen dung kommen, sie werden über die rechts am Rechner 2 dargestellten Aus gänge 4 angsteuert und sind selbst nicht abgebildet. Falls der Pilot länger als zulässig in dem zeitlich beschränkten Betriebszustand bleibt, ergeht ein zweites Warnsignal, und als Zeichen dafür, daß nun eine abso lute Grenze erreicht ist, wandert die Maske 7 (rote Linie) unter den Zeiger 5. Nach Verlassen des zeitlich beschränkten Bereiches durch Lei stungsreduzierung darf der Pilot jederzeit wieder in diesen Bereich ein dringen, die Warnmaßnahmen und die Zeiterfassung beginnt von neuem. Wie bereits erwähnt, gibt es auch Fälle, in denen nach Wegfall der Lei stungsreserve sofort ein absoluter Grenzwert (Maske 7) erreicht wird. Rechts neben der Mitte des Anzeigeinstrumentes 3 ist die wirksame Stel lung der schraffierten Warnflagge 9 dargestellt. Diese wird dann sicht bar, wenn zwischen den Triebwerken gravierende Leistungsunterschiede, z. B. größer als 10%, auftreten.The computer2nd inFig. 1 is the information and control center the arrangement1. According to the information from the engine manufacturer in this computer all possible limits for the engine parametersN 1,DEAD andM D saved. In case of limited time exceeding limit values is also the associated maximum Time period saved. The computer2nd has entrances10th, about which him continuously from the engines the parameter measured values and, if applicable, the collective blade pitchD R of the main rotor the. The computer2nd compares the instantaneous values of the engine parameters with the limit values and looks for the most critical instantaneous value, wel cher then on the display instrument3rd is displayed. The Size of the pointer deflection5 compared to the fixed scale6 is by a valueP determines which of the mo mentally delivered total power is proportional. A possibility this is the display of the sum of the engine torquesM D . A Another option (shown in dashed lines) is the display of the col relative blade pitchD R the or a main rotor. The computer3rd needs theP-Information for the correct control of the Limit masks7 and8th, because of this information he knows the position of the pointer5. The limit masks7 and8th can the one for the sake of simplicity, be firmly connected. Are optically clearer masks that move independently of one another7, 8, especially with regard to distinguish between inadmissible and limited time casual operating conditions. In the following, two are independent of each other hanging masks7, 8 went out. If the pointer5 symbolized Current value of the critical engine parameter a power reserve the computer moves3rd the limit mask in question7 or8th counterclockwise so far on the pointer5 that the op table size ratio of the angle between the connecting line Ska center / scale zero and the pointer5 to the angle between the Connecting line between the scale center / scale zero and the mask7 or 8th the actual size ratio of the displayed instantaneous value corresponds to its closest limit. Thus the size of the Angle between the pointer5 and the mask7 or8th a measure of that power reserve still available. If now the displayed instantaneous value the limit value of an operating state that is permissible for a limited period exceeds, the yellow-red hatched mask moves8th under the time ger5 and there is a warning signal. To generate such warning signals mechanical, optical and acoustic devices can be provided be, e.g. B. a pitch shaker, warning lights or a tone generator. Under A pitchshaker is to be understood as a device that controls sticks in shaking movements clearly noticeable to the pilot puts. These devices can be used individually or in combination come, they will be on the right on the computer2nd shown from gears4th driven and are not shown themselves. If the pilot stays in the limited-time operating state longer than permitted, gives a second warning signal, and as a sign that an abso When the limit is reached, the mask moves7 (red line) under the pointer5. After leaving the time-limited area by Lei the pilot can enter this area again at any time urgent, the warning measures and the time recording starts again. How already mentioned, there are also cases in which after the lei ceases to exist reserve immediately an absolute limit (mask7) is reached. To the right of the center of the display instrument3rd is the effective position hatched warning flag9 shown. This then becomes visible bar if there are serious differences in performance between the engines, e.g. B. greater than 10% occur.
Anstelle der Warnflagge 9 ist in Fig. 2 eine Digitalanzeige 11 darge stellt. Diese gibt unmittelbar die Nummer des Triebwerkes an (hier: 2), welches mit deutlich geringerer Leistung bzw. - bei mehr als zwei Trieb werken - mit geringster Leistung arbeitet oder welches ausgefallen ist. Links neben dieser Anzeige für Leistungsunterschiede ist eine weitere Digitalanzeige 12 angeordnet, welche dem Piloten in zeitlich beschränkt zulässigen Betriebszuständen die noch verbleibende Restzeit angibt. Die Anzeige 12 ist also nur dann aktiv, wenn der Zeiger 5 über der gelb-rot schraffierten Maske 8 steht. Wie man aus den Grenzwertangaben der Trieb werkshersteller entnehmen kann, gibt es insbesondere bei Triebwerksaus fall die Möglichkeit, daß ein Triebwerksparameter nacheinander zwei oder mehr zeitlich beschränkt zulässige Bereiche durchlaufen darf (z. B. M D : 91,5% für 30 min, 100% für 2,5 min, 120% für 12 s). Dies läßt sich optisch in der Weise darstellen, daß der Zeiger 5 links, mittig oder rechts über der flächigen Maske 8 steht. Bei Übergang von einem be schränkten Zustand in den anderen beginnt die Zeit (Anzeige 12) jeweils neu zu zählen. Diese Übergänge kann man z. B. auch akustisch verdeutli chen, indem die Tonhöhe und/oder die Lautstärke des Warntones zu- bzw. abnimmt. Weiterhin können bestimmte Warnsignale (z. B. Pitchshaker) aus schließlich absoluten Leistungsgrenzen (Maske 7) vorbehalten sein. Die Anzeigen 9, 11 und 12 können aus technischen Gründen auch unmittelbar neben dem Anzeigeinstrument 3 angeordnet sein.Instead of the warning flag 9 , a digital display 11 is shown in FIG . This immediately gives the number of the engine (here: 2), which is working with significantly less power or - with more than two engines - with the lowest power or which has failed. To the left of this display for performance differences is a further digital display 12 , which indicates the remaining time remaining to the pilot in operating states that are permissible for a limited period of time. The display 12 is therefore only active when the pointer 5 is above the yellow-red hatched mask 8 . As can be seen from the limit values given by the engine manufacturers, there is the possibility, particularly in the event of engine failure, that an engine parameter can successively pass through two or more time-limited permissible ranges (e.g. M D : 91.5% for 30 min, 100 % for 2.5 min, 120% for 12 s). This can be visualized in such a way that the pointer 5 is on the left, in the middle or on the right above the flat mask 8 . When changing from a restricted state to the other, the time (display 12 ) begins to count again. These transitions can be done e.g. B. also clarify acoustically by increasing or decreasing the pitch and / or the volume of the warning tone. Furthermore, certain warning signals (e.g. pitch shaker) can only be reserved for absolute performance limits (mask 7 ). For technical reasons, the displays 9, 11 and 12 can also be arranged directly next to the display instrument 3 .
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die erfindungsgemäße Anordnung die eingangs erwähnten Einzelinstrumente für die Triebwerksparameter (N 1, TOT, M D , N 2) in ihrer Bedeutung zwar erheblich einschränkt, sie jedoch nicht gänzlich entbehrlich macht. Die Einzelinstrumente müs sen prinzipiell - in stark verkleinerter Ausführung - beibehalten wer den, um dem Piloten für Zusatzinformationen zur Verfügung zu stehen. Im normalen Flugbetrieb, wenn die Triebwerke einwandfrei arbeiten, ist es für den Piloten völlig ausreichend, das Anzeigeinstru ment 3 zu beobachten, was ihn stark entlastet. Der Betrieb mit zeitlich begrenzten Leistungen ist durchaus dem normalen Flugbetrieb zuzurechnen. Falls sich aber beispielsweise Triebwerksschäden anbahnen, und der Pilot wissen will, welcher Parameter in welchem Triebwerk sich verschlechtert, so ist er auf die Einzelinstrumente angewiesen. Dies trifft auch im Zu sammenhang mit der Warnflagge 9 zu. Da derartige Ausnahmesituationen aber sehr selten sind, ist die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemä ßen Anordnung fast ausnahmslos gegeben, so daß sich der Pilot besser auf seine eingentliche Aufgabe, das Fliegen, konzentrieren kann.In this context it should be mentioned that the arrangement according to the invention limits the meaning of the individual instruments for the engine parameters (N 1 , TOT, M D , N 2 ) mentioned at the outset, but does not make them entirely unnecessary. In principle, the individual instruments - in a greatly reduced version - must be retained in order to be available to the pilot for additional information. In normal flight operations, when the engines are working properly, it is entirely sufficient for the pilot to observe the display instrument 3 , which greatly relieves him. Operation with time-limited services can definitely be assigned to normal flight operations. However, if, for example, engine damage is in the offing and the pilot wants to know which parameter in which engine is deteriorating, he has to rely on the individual instruments. This also applies in connection with the warning flag 9 . Since such exceptional situations are very rare, the advantageous effect of the arrangement according to the invention is given almost without exception, so that the pilot can better concentrate on his ordinary task of flying.
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